一種超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置及其方法。裝置包括超聲發(fā)生器、能量放大器、阻抗匹配電路、聲波聚焦探頭、探頭支撐托架、降落漏斗、超聲滲透膜、超聲耦合劑層、玻璃皿蓋和培養(yǎng)皿。通過(guò)合理組合部件搭建超聲平臺(tái)，通過(guò)向培養(yǎng)的細(xì)胞中轉(zhuǎn)染攜帶藥物或者治療基因的微泡，在培養(yǎng)的細(xì)胞上，用一定能量的超聲波擊碎微泡，使得微泡內(nèi)攜帶的藥物或者治療基因釋放到細(xì)胞中發(fā)揮治療作用。本發(fā)明具有靶向性強(qiáng)、轉(zhuǎn)染率高、操作安全簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用微泡作為藥物或治療基因的運(yùn)載工具，尤其涉及一種超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段的內(nèi)科治療方法以給藥為主，藥物導(dǎo)入常見(jiàn)的方法有口服給藥和靜脈注射給藥，口服給藥因藥物口味不一，患者接受程度也不同，而且不能夠特異性在患病器官發(fā)揮作用，見(jiàn)效慢，易被其他器官組織吸收產(chǎn)生副作用，靜脈注射同樣存在靶向性差，存在安全隱患及副作用的情況。而基因轉(zhuǎn)染是通過(guò)構(gòu)建載體將基因?qū)爰?xì)胞的過(guò)程。目前基因轉(zhuǎn)染的方法分為病毒載體轉(zhuǎn)染和非病毒轉(zhuǎn)染，包括:腺病毒、慢病毒、逆轉(zhuǎn)錄病毒等病毒載體以及DNA直接注射法、顆粒轟擊技術(shù)、電穿孔法、磁轉(zhuǎn)法及脂質(zhì)體介導(dǎo)等非病毒轉(zhuǎn)染法。而病毒載體存在一個(gè)特異性低，存在安全風(fēng)險(xiǎn)及機(jī)體免疫應(yīng)答等弊端，非病毒轉(zhuǎn)染途徑也存在適用范圍有限、有創(chuàng)、轉(zhuǎn)染效率低等問(wèn)題。所以缺乏一個(gè)既安全又有效、既有特異性又有靶向性的基因轉(zhuǎn)染系統(tǒng)。超聲介導(dǎo)的微泡技術(shù)在現(xiàn)今越來(lái)越受到重視。目前的研究表明，超聲介導(dǎo)的微泡技術(shù)在治療中也顯示出巨大的潛力，可作為一種有效的基因或藥物運(yùn)載工具。通過(guò)微泡特定結(jié)合藥物或治療基因，進(jìn)入細(xì)胞或者外周血管注射到血液里，以超聲擊碎攜基因的微泡，進(jìn)行特定組織的定位釋放，提供新的給藥及基因轉(zhuǎn)染方式。
[0003]超聲微泡系統(tǒng)的作用原理是通過(guò)微泡這一基因與藥物的載體工具的靜脈注射到體內(nèi)，隨血流到目標(biāo)組織，在超聲介導(dǎo)下，通過(guò)提高超聲強(qiáng)度，降低閾值，產(chǎn)生空化效應(yīng)，可以將微泡打破，并且是血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加使微泡中攜帶的基因或者藥物釋放到周圍組織而發(fā)揮作用。
[0004]微泡多為脂質(zhì)膜包裹惰性氣體形成的，其外膜多為單層脂質(zhì)膜，屬軟膜，具有良好的彈性。其內(nèi)包裹的氣體為常態(tài)下是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不易燃的氣體，化學(xué)成分穩(wěn)定。微溶于水并具有較好的抗壓性。90%的微泡粒徑小于8um，不含防腐劑，具有良好的諧波性能、體內(nèi)穩(wěn)定性和安全性，避免了氣體損失、擴(kuò)散、溶解及微泡聚集。
[0005]微泡具有良好的聲學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，使其在較低聲壓下也容易產(chǎn)生顯著的微泡諧振，即在微泡不發(fā)生破裂的情況下產(chǎn)生非線性的二次諧波效應(yīng)，并使微泡在血液中維持較長(zhǎng)時(shí)間。
[0006]超聲微泡介導(dǎo)的治療有許多優(yōu)點(diǎn)，如低免疫原性、低毒性、低侵襲性、無(wú)創(chuàng)、器官組織特異性、可重復(fù)應(yīng)用等，已成為各種疾病治療手段中具有潛力的新技術(shù)。目前尚無(wú)超聲微泡系統(tǒng)的固定裝置的發(fā)明，也無(wú)組裝該系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的詳細(xì)成分。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置及其方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0009]超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置包括超聲發(fā)生器、能量放大器、阻抗匹配電路、聲波聚焦探頭、探頭支撐托架、降落漏斗、超聲滲透膜、超聲耦合劑層、玻璃皿蓋和培養(yǎng)皿。
[0010]所述的超聲發(fā)生器，能量放大器，阻抗匹配電路、聲波聚焦探頭順次相連，所述的聲波聚焦探頭垂直向下安裝在探頭支撐托架上，聲波聚焦探頭與降落漏斗的一端相連，降落漏斗的另一端設(shè)有超聲滲透膜，所述的玻璃皿蓋上涂覆有超聲耦合劑層，所述的超聲滲透膜與超聲耦合劑層緊密接觸，所述的玻璃皿蓋設(shè)置在培養(yǎng)皿上。
[0011]超聲發(fā)生器將市電轉(zhuǎn)換成高頻交流電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)超聲轉(zhuǎn)化為高頻電信號(hào)的運(yùn)作，該儀器主在提供聲能源并進(jìn)行高質(zhì)量的能量形式的轉(zhuǎn)換；能量放大器，即超聲放大器，使得聲波從電子那里獲得能量，超聲波被放大后以便有足夠的電能在之后的傳輸電路中進(jìn)行傳輸;阻抗匹配電路使得能量在傳輸過(guò)程中，負(fù)載阻抗同傳輸?shù)膬?nèi)部阻抗一致，減少傳輸過(guò)程中能量的損失，保證所有能量都被負(fù)載吸收，來(lái)得到最大功率輸出的工作狀態(tài)，以使得有足夠的能量能聚集到探頭上;聲波聚焦探頭通過(guò)壓電效應(yīng)將阻抗匹配電路中傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)換為聲能，并且通過(guò)點(diǎn)聚焦或者線聚焦的形式，將聲能聚集起來(lái)之后，發(fā)出超聲波，來(lái)最后起擊碎微泡釋放有效物質(zhì)的作用。
[0012]—般商品化的細(xì)胞培養(yǎng)皿蓋與培養(yǎng)皿體一樣，為塑質(zhì)材料。本發(fā)明將塑質(zhì)皿蓋更換成玻璃皿蓋，超聲波在玻璃材質(zhì)中傳播更快被吸收更少，到達(dá)細(xì)胞中也就更多，便于整套裝置發(fā)揮作用。
[0013]作為優(yōu)選的，所述超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置還包括培養(yǎng)皿座和伸縮連接桿;所述的培養(yǎng)皿在于培養(yǎng)皿座上，所述的培養(yǎng)皿座通過(guò)垂直安裝的伸縮連接桿與探頭支撐托架連接，所述的培養(yǎng)皿座可水平移動(dòng)，并且可以根據(jù)培養(yǎng)皿的形狀及大小(如1cm直徑圓形培養(yǎng)皿，6cm直徑圓形培養(yǎng)皿，矩形6，24孔板等等)；培養(yǎng)皿座水平移動(dòng)的方式多種多樣，如可以是在伸縮連接桿末端設(shè)置水平方向的滑軌，在培養(yǎng)皿座上設(shè)置于滑軌相配合的滑輪，即可實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)皿座的水平移動(dòng)，另外也可以通過(guò)在培養(yǎng)皿座上開(kāi)設(shè)滑槽，在伸縮連接桿末端設(shè)置于滑槽配合的滑桿，還可以采用榫頭連接方式實(shí)現(xiàn)水平方向的移動(dòng)，對(duì)于機(jī)械連接方式可通過(guò)潤(rùn)滑油減少移動(dòng)阻力。
[0014]作為優(yōu)選的，所述的降落漏斗為錐形結(jié)構(gòu)，外殼為塑料材質(zhì)，內(nèi)部中空，可以加水進(jìn)入，上口橫截面積較大，探頭伸入上口水中，下口橫截面積較小，與超聲滲透膜相連，主要是起到聚焦超聲波并且在水中更有利于超聲波傳導(dǎo)等作用。
[0015]作為優(yōu)選的，所述的聲波聚焦探頭是能量聚焦式探頭，功率為200-500kHz。該值適合裝置中用到的微泡，可以將攜帶藥物或者治療基因的微泡擊碎，釋放有效物質(zhì)。
[0016]作為優(yōu)選的所述的超聲滲透膜為聚氨酯膜，成分穩(wěn)定，防水，對(duì)超聲波幾乎不吸收，在無(wú)皿蓋的情況下，還可以避免皿內(nèi)細(xì)胞污染，主要是用來(lái)滲透超聲以便傳導(dǎo)。
[0017]作為優(yōu)選的所述的超聲耦合劑層的超聲耦合劑為水溶性高分子膠體。水溶性高分子膠體中各組成成分按重量百分比計(jì)算所占比例為:羥乙基纖維素1%?3%、苯扎氯銨殺菌劑0.3%?1.5%、丙二醇6%?11%、丙三醇5%?8%，其余為去離子水。超聲耦合劑為無(wú)色或淺色透明凝膠狀，無(wú)毒無(wú)害，粘稠性適宜，通過(guò)充填接觸面之間的微小空隙，不使空隙間微量空氣影響超聲的穿透并減少超聲能量在此界面的反射損失；同時(shí)，具有潤(rùn)滑作用來(lái)減少摩擦，易于展開(kāi);同時(shí)，超聲偶合劑，PH為中性，對(duì)超聲探頭無(wú)腐蝕、無(wú)傷害;從而有力于超聲有效地傳入被測(cè)物內(nèi)。
[0018]本發(fā)明還公開(kāi)了所述裝置的超聲微泡轉(zhuǎn)載方法:培養(yǎng)皿設(shè)置在培養(yǎng)皿座上，培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)已經(jīng)轉(zhuǎn)染了微泡的細(xì)胞，將玻璃皿蓋蓋在培養(yǎng)皿上，在玻璃皿蓋上涂覆超聲耦合劑，使其在玻璃皿蓋上展開(kāi)，消除物體表面空氣，形成超聲耦合劑層，調(diào)節(jié)伸縮連接桿的長(zhǎng)度，使降落漏斗下端的超聲滲透膜緊貼超聲耦合劑層，開(kāi)啟電源，聲波聚焦探頭釋放超聲波擊碎微泡釋放微泡內(nèi)的有效物質(zhì)。
[0019]優(yōu)選的，所述的微泡外層為脂質(zhì)膜，內(nèi)部是全氟代烷烴氣體，優(yōu)選為全氟戊烷氣體，微泡粒徑小于25μ??，90 %微泡粒徑小于8μπι。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將不同的治療藥物或治療基因與微泡結(jié)合后，減少了這些治療成分到達(dá)細(xì)胞或者器官組織之前的損耗和破壞。用搭建出來(lái)的具有合適能量的聚焦超聲探頭以及利于超聲波無(wú)損耗、高效率傳導(dǎo)的銜接結(jié)構(gòu)的超聲平臺(tái)，在特定的需治療細(xì)胞或器官組織中擊碎微泡，產(chǎn)生空化作用及聲孔效應(yīng)，使得微泡破裂后釋放有效物質(zhì)的同時(shí)，微血管通透性增高，從而增強(qiáng)局部的轉(zhuǎn)染和表達(dá)，從而發(fā)揮治療作用。此方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，如低免疫原性、低毒性、低侵襲性、無(wú)創(chuàng)、器官組織特異性、可重復(fù)應(yīng)用等，已成為各種疾病治療手段中具有潛力的新技術(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明超聲發(fā)生系統(tǒng)的連接圖；
[0023]圖3為本發(fā)明帶伸縮連接桿的裝置結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合說(shuō)明書附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]如圖1所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置包括超聲發(fā)生器、能量放大器、阻抗匹配電路、聲波聚焦探頭、探頭支撐托架、降落漏斗、超聲滲透膜、超聲耦合劑層、玻璃皿蓋和培養(yǎng)皿。
[0026]所述的超聲發(fā)生器，能量放大器，阻抗匹配電路、聲波聚焦探頭順次相連，所述的聲波聚焦探頭垂直向下安裝在探頭支撐托架上，聲波聚焦探頭與降落漏斗的一端相連，降落漏斗的另一端設(shè)有超聲滲透膜，所述的玻璃皿蓋上涂覆有超聲耦合劑層，所述的超聲滲透膜與超聲耦合劑層緊密接觸，所述的玻璃皿蓋設(shè)置在培養(yǎng)皿上。
[0027]如圖2所示，超聲發(fā)生器將市電轉(zhuǎn)換成高頻交流電信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)超聲轉(zhuǎn)化為高頻電信號(hào)的運(yùn)作，該儀器主在提供聲能源并進(jìn)行高質(zhì)量的能量形式的轉(zhuǎn)換;能量放大器，即超聲放大器，使得聲波從電子那里獲得能量，超聲波被放大后以便有足夠的電能在之后的傳輸電路中進(jìn)行傳輸;阻抗匹配電路使得能量在傳輸過(guò)程中，負(fù)載阻抗同傳輸?shù)膬?nèi)部阻抗一致，減少傳輸過(guò)程中能量的損失，保證所有能量都被負(fù)載吸收，來(lái)得到最大功率輸出的工作狀態(tài)，以使得有足夠的能量能聚集到探頭上;聲波聚焦探頭通過(guò)壓電效應(yīng)將阻抗匹配電路中傳輸?shù)碾娔苻D(zhuǎn)換為聲能，并且通過(guò)點(diǎn)聚焦或者線聚焦的形式，將聲能聚集起來(lái)之后，發(fā)出超聲波，來(lái)最后起擊碎微泡釋放有效物質(zhì)的作用。
[0028]如圖3所示，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所述超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置還包括培養(yǎng)皿座和伸縮連接桿;所述的培養(yǎng)皿在于培養(yǎng)皿座上，所述的培養(yǎng)皿座通過(guò)垂直安裝的伸縮連接桿與探頭支撐托架連接，所述的培養(yǎng)皿座可水平移動(dòng)。
[0029]本裝置的工作流程為:培養(yǎng)皿設(shè)置在培養(yǎng)皿座上，培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)已經(jīng)轉(zhuǎn)染了微泡的細(xì)胞，將玻璃皿蓋蓋在培養(yǎng)皿上，在玻璃皿蓋上涂覆超聲耦合劑，使其在玻璃皿蓋上展開(kāi)，消除物體表面空氣，形成超聲耦合劑層，調(diào)節(jié)伸縮連接桿的長(zhǎng)度，使降落漏斗下端的超聲滲透膜緊貼超聲耦合劑層，開(kāi)啟電源，聲波聚焦探頭釋放超聲波擊碎微泡釋放微泡內(nèi)的有效物質(zhì)。
[0030]裝置中用到的微泡是外層為脂質(zhì)膜，具有良好的彈性；內(nèi)部是穩(wěn)定的氟碳材料如全氟戊烷氣體，常態(tài)下是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、不易燃的氣體，化學(xué)成分穩(wěn)定。微溶于水并具有較好的抗壓性。90%的微泡粒徑小于8um，不含防腐劑，具有良好的諧波性能、體內(nèi)穩(wěn)定性和安全性，避免了氣體損失、擴(kuò)散、溶解及微泡聚集。微泡具有良好的聲學(xué)性質(zhì)和穩(wěn)定性，使其在較低聲壓下也容易產(chǎn)生顯著的微泡諧振，即在微泡不發(fā)生破裂的情況下產(chǎn)生非線性的二次諧波效應(yīng)，并使微泡在血液中維持較長(zhǎng)時(shí)間。
[0031]本發(fā)明中所涉及的微泡是可以直接從外地購(gòu)買的上市產(chǎn)品，如臺(tái)灣生產(chǎn)的Ulsphere、美國(guó)生產(chǎn)的Sonovue和Opti son等等。
[0032]可以運(yùn)用兩種微泡種類，一是瓶裝載藥微泡，膜內(nèi)側(cè)直接攜帶藥物或治療基因；二是瓶裝空載微泡，將攜有藥物或者治療基因的質(zhì)粒注射入微泡瓶?jī)?nèi)，進(jìn)行震蕩，產(chǎn)生乳白色渾濁液體，通過(guò)注射器導(dǎo)入細(xì)胞或者器官組織中。本發(fā)明推薦使用第一種，更為方便快捷，且不存在微泡與藥物或治療基因融合過(guò)程中出現(xiàn)的損耗。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲微泡細(xì)胞轉(zhuǎn)載裝置，其特征在于包括超聲發(fā)生器、能量放大器、阻抗匹配電路、聲波聚焦探頭、探頭支撐托架、降落漏斗、超聲滲透膜、超聲耦合劑層、玻璃皿蓋和培養(yǎng)皿座； 所述的超聲發(fā)生器、能量放大器、阻抗匹配電路、聲波聚焦探頭順次相連，所述的聲波聚焦探頭垂直向下安裝在探頭支撐托架上，聲波聚焦探頭與降落漏斗的一端相連，降落漏斗的另一端設(shè)有超聲滲透膜，所述的玻璃皿蓋上涂覆有超聲耦合劑層，所述的超聲滲透膜與超聲耦合劑層緊密接觸，所述的玻璃皿蓋設(shè)置在培養(yǎng)皿上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置，其特征在于所述的裝置還包括培養(yǎng)皿座和伸縮連接桿;所述的培養(yǎng)皿位于培養(yǎng)皿座上，所述的培養(yǎng)皿座通過(guò)垂直安裝的伸縮連接桿與探頭支撐托架連接，所述的培養(yǎng)皿座可水平移動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置，其特征在于所述的降落漏斗為塑料錐形中空結(jié)構(gòu)，上口橫截面積大于下口，其內(nèi)充滿水，聲波聚焦探頭伸入上口并沒(méi)入水中，下口與超聲滲透膜相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置，其特征在于所述的聲波聚焦探頭是能量聚焦式探頭，功率為200-500kHz。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置，其特征在于所述的超聲滲透膜為聚氨酯膜。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲微泡轉(zhuǎn)載裝置，其特征在于所述的超聲耦合劑層的超聲耦合劑為水溶性高分子膠體。7.—種如權(quán)利要求1所述裝置的超聲微泡轉(zhuǎn)載方法，其特征在于:培養(yǎng)皿設(shè)置在培養(yǎng)皿座上，培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)已經(jīng)轉(zhuǎn)染了微泡的細(xì)胞，將玻璃皿蓋蓋在培養(yǎng)皿上，在玻璃皿蓋上涂覆超聲耦合劑，使其在玻璃皿蓋上展開(kāi)，消除表面空氣形成超聲耦合劑層，調(diào)節(jié)伸縮連接桿的長(zhǎng)度，使降落漏斗下端的超聲滲透膜緊貼超聲耦合劑層，開(kāi)啟電源，超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲，經(jīng)放大器進(jìn)行能量放大之后，轉(zhuǎn)換成電能通過(guò)阻抗匹配電路進(jìn)行傳導(dǎo)，到達(dá)探頭轉(zhuǎn)換成聲能經(jīng)探頭釋放超聲波，超聲波經(jīng)過(guò)降落漏斗的水進(jìn)行傳播并聚集，再經(jīng)過(guò)超聲滲透膜以及超聲耦合劑的聲波滲透及傳導(dǎo)，透過(guò)玻璃皿蓋對(duì)細(xì)胞進(jìn)行超聲波的作用，從而使得微泡發(fā)生空化效應(yīng)并破碎，最后釋放微泡內(nèi)的有效物質(zhì)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述的微泡外層為脂質(zhì)膜，內(nèi)部是全氟代烷經(jīng)氣體，微泡粒徑小于25μηι，90 %微泡粒徑小于8μηι。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述的全氟代烷烴氣體為全氟戊烷。
【文檔編號(hào)】A61K9/00GK106031795SQ201610590978
【公開(kāi)日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年7月22日
【發(fā)明人】許師明, 朱宇翔, 李艷蓉
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)