一种超声微泡转载装置及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声微泡转载装置及其方法。装置包括超声发生器、能量放大器、阻抗匹配电路、声波聚焦探头、探头支撑托架、降落漏斗、超声渗透膜、超声耦合剂层、玻璃皿盖和培养皿。通过合理组合部件搭建超声平台，通过向培养的细胞中转染携带药物或者治疗基因的微泡，在培养的细胞上，用一定能量的超声波击碎微泡，使得微泡内携带的药物或者治疗基因释放到细胞中发挥治疗作用。本发明具有靶向性强、转染率高、操作安全简便等优点。
【专利说明】
一种超声微泡转载装置及其方法
技术领域
[0001]本发明涉及用微泡作为药物或治疗基因的运载工具，尤其涉及一种超声微泡转载装置及其方法。
【背景技术】
[0002]现阶段的内科治疗方法以给药为主，药物导入常见的方法有口服给药和静脉注射给药，口服给药因药物口味不一，患者接受程度也不同，而且不能够特异性在患病器官发挥作用，见效慢，易被其他器官组织吸收产生副作用，静脉注射同样存在靶向性差，存在安全隐患及副作用的情况。而基因转染是通过构建载体将基因导入细胞的过程。目前基因转染的方法分为病毒载体转染和非病毒转染，包括:腺病毒、慢病毒、逆转录病毒等病毒载体以及DNA直接注射法、颗粒轰击技术、电穿孔法、磁转法及脂质体介导等非病毒转染法。而病毒载体存在一个特异性低，存在安全风险及机体免疫应答等弊端，非病毒转染途径也存在适用范围有限、有创、转染效率低等问题。所以缺乏一个既安全又有效、既有特异性又有靶向性的基因转染系统。超声介导的微泡技术在现今越来越受到重视。目前的研究表明，超声介导的微泡技术在治疗中也显示出巨大的潜力，可作为一种有效的基因或药物运载工具。通过微泡特定结合药物或治疗基因，进入细胞或者外周血管注射到血液里，以超声击碎携基因的微泡，进行特定组织的定位释放，提供新的给药及基因转染方式。
[0003]超声微泡系统的作用原理是通过微泡这一基因与药物的载体工具的静脉注射到体内，随血流到目标组织，在超声介导下，通过提高超声强度，降低阈值，产生空化效应，可以将微泡打破，并且是血管内皮细胞通透性增加使微泡中携带的基因或者药物释放到周围组织而发挥作用。
[0004]微泡多为脂质膜包裹惰性气体形成的，其外膜多为单层脂质膜，属软膜，具有良好的弹性。其内包裹的气体为常态下是一种无色、无味、无毒、不易燃的气体，化学成分稳定。微溶于水并具有较好的抗压性。90%的微泡粒径小于8um，不含防腐剂，具有良好的谐波性能、体内稳定性和安全性，避免了气体损失、扩散、溶解及微泡聚集。
[0005]微泡具有良好的声学性质和稳定性，使其在较低声压下也容易产生显著的微泡谐振，即在微泡不发生破裂的情况下产生非线性的二次谐波效应，并使微泡在血液中维持较长时间。
[0006]超声微泡介导的治疗有许多优点，如低免疫原性、低毒性、低侵袭性、无创、器官组织特异性、可重复应用等，已成为各种疾病治疗手段中具有潜力的新技术。目前尚无超声微泡系统的固定装置的发明，也无组装该系统内部结构的详细成分。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种超声微泡转载装置及其方法。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]超声微泡转载装置包括超声发生器、能量放大器、阻抗匹配电路、声波聚焦探头、探头支撑托架、降落漏斗、超声渗透膜、超声耦合剂层、玻璃皿盖和培养皿。
[0010]所述的超声发生器，能量放大器，阻抗匹配电路、声波聚焦探头顺次相连，所述的声波聚焦探头垂直向下安装在探头支撑托架上，声波聚焦探头与降落漏斗的一端相连，降落漏斗的另一端设有超声渗透膜，所述的玻璃皿盖上涂覆有超声耦合剂层，所述的超声渗透膜与超声耦合剂层紧密接触，所述的玻璃皿盖设置在培养皿上。
[0011]超声发生器将市电转换成高频交流电信号，以驱动超声转化为高频电信号的运作，该仪器主在提供声能源并进行高质量的能量形式的转换；能量放大器，即超声放大器，使得声波从电子那里获得能量，超声波被放大后以便有足够的电能在之后的传输电路中进行传输;阻抗匹配电路使得能量在传输过程中，负载阻抗同传输的内部阻抗一致，减少传输过程中能量的损失，保证所有能量都被负载吸收，来得到最大功率输出的工作状态，以使得有足够的能量能聚集到探头上;声波聚焦探头通过压电效应将阻抗匹配电路中传输的电能转换为声能，并且通过点聚焦或者线聚焦的形式，将声能聚集起来之后，发出超声波，来最后起击碎微泡释放有效物质的作用。
[0012]—般商品化的细胞培养皿盖与培养皿体一样，为塑质材料。本发明将塑质皿盖更换成玻璃皿盖，超声波在玻璃材质中传播更快被吸收更少，到达细胞中也就更多，便于整套装置发挥作用。
[0013]作为优选的，所述超声微泡转载装置还包括培养皿座和伸缩连接杆;所述的培养皿在于培养皿座上，所述的培养皿座通过垂直安装的伸缩连接杆与探头支撑托架连接，所述的培养皿座可水平移动，并且可以根据培养皿的形状及大小(如1cm直径圆形培养皿，6cm直径圆形培养皿，矩形6，24孔板等等)；培养皿座水平移动的方式多种多样，如可以是在伸缩连接杆末端设置水平方向的滑轨，在培养皿座上设置于滑轨相配合的滑轮，即可实现培养皿座的水平移动，另外也可以通过在培养皿座上开设滑槽，在伸缩连接杆末端设置于滑槽配合的滑杆，还可以采用榫头连接方式实现水平方向的移动，对于机械连接方式可通过润滑油减少移动阻力。
[0014]作为优选的，所述的降落漏斗为锥形结构，外壳为塑料材质，内部中空，可以加水进入，上口横截面积较大，探头伸入上口水中，下口横截面积较小，与超声渗透膜相连，主要是起到聚焦超声波并且在水中更有利于超声波传导等作用。
[0015]作为优选的，所述的声波聚焦探头是能量聚焦式探头，功率为200-500kHz。该值适合装置中用到的微泡，可以将携带药物或者治疗基因的微泡击碎，释放有效物质。
[0016]作为优选的所述的超声渗透膜为聚氨酯膜，成分稳定，防水，对超声波几乎不吸收，在无皿盖的情况下，还可以避免皿内细胞污染，主要是用来渗透超声以便传导。
[0017]作为优选的所述的超声耦合剂层的超声耦合剂为水溶性高分子胶体。水溶性高分子胶体中各组成成分按重量百分比计算所占比例为:羟乙基纤维素1%?3%、苯扎氯铵杀菌剂0.3%?1.5%、丙二醇6%?11%、丙三醇5%?8%，其余为去离子水。超声耦合剂为无色或浅色透明凝胶状，无毒无害，粘稠性适宜，通过充填接触面之间的微小空隙，不使空隙间微量空气影响超声的穿透并减少超声能量在此界面的反射损失；同时，具有润滑作用来减少摩擦，易于展开;同时，超声偶合剂，PH为中性，对超声探头无腐蚀、无伤害;从而有力于超声有效地传入被测物内。
[0018]本发明还公开了所述装置的超声微泡转载方法:培养皿设置在培养皿座上，培养皿内培养已经转染了微泡的细胞，将玻璃皿盖盖在培养皿上，在玻璃皿盖上涂覆超声耦合剂，使其在玻璃皿盖上展开，消除物体表面空气，形成超声耦合剂层，调节伸缩连接杆的长度，使降落漏斗下端的超声渗透膜紧贴超声耦合剂层，开启电源，声波聚焦探头释放超声波击碎微泡释放微泡内的有效物质。
[0019]优选的，所述的微泡外层为脂质膜，内部是全氟代烷烃气体，优选为全氟戊烷气体，微泡粒径小于25μ??，90 %微泡粒径小于8μπι。
[0020]与现有技术相比，本发明将不同的治疗药物或治疗基因与微泡结合后，减少了这些治疗成分到达细胞或者器官组织之前的损耗和破坏。用搭建出来的具有合适能量的聚焦超声探头以及利于超声波无损耗、高效率传导的衔接结构的超声平台，在特定的需治疗细胞或器官组织中击碎微泡，产生空化作用及声孔效应，使得微泡破裂后释放有效物质的同时，微血管通透性增高，从而增强局部的转染和表达，从而发挥治疗作用。此方法具有许多优点，如低免疫原性、低毒性、低侵袭性、无创、器官组织特异性、可重复应用等，已成为各种疾病治疗手段中具有潜力的新技术。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明的装置结构示意图；
[0022]图2为本发明超声发生系统的连接图；
[0023]图3为本发明带伸缩连接杆的装置结构图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0025]如图1所示，在本发明的一个实施例中，超声微泡转载装置包括超声发生器、能量放大器、阻抗匹配电路、声波聚焦探头、探头支撑托架、降落漏斗、超声渗透膜、超声耦合剂层、玻璃皿盖和培养皿。
[0026]所述的超声发生器，能量放大器，阻抗匹配电路、声波聚焦探头顺次相连，所述的声波聚焦探头垂直向下安装在探头支撑托架上，声波聚焦探头与降落漏斗的一端相连，降落漏斗的另一端设有超声渗透膜，所述的玻璃皿盖上涂覆有超声耦合剂层，所述的超声渗透膜与超声耦合剂层紧密接触，所述的玻璃皿盖设置在培养皿上。
[0027]如图2所示，超声发生器将市电转换成高频交流电信号，以驱动超声转化为高频电信号的运作，该仪器主在提供声能源并进行高质量的能量形式的转换;能量放大器，即超声放大器，使得声波从电子那里获得能量，超声波被放大后以便有足够的电能在之后的传输电路中进行传输;阻抗匹配电路使得能量在传输过程中，负载阻抗同传输的内部阻抗一致，减少传输过程中能量的损失，保证所有能量都被负载吸收，来得到最大功率输出的工作状态，以使得有足够的能量能聚集到探头上;声波聚焦探头通过压电效应将阻抗匹配电路中传输的电能转换为声能，并且通过点聚焦或者线聚焦的形式，将声能聚集起来之后，发出超声波，来最后起击碎微泡释放有效物质的作用。
[0028]如图3所示，在本发明的另一个实施例中，所述超声微泡转载装置还包括培养皿座和伸缩连接杆;所述的培养皿在于培养皿座上，所述的培养皿座通过垂直安装的伸缩连接杆与探头支撑托架连接，所述的培养皿座可水平移动。
[0029]本装置的工作流程为:培养皿设置在培养皿座上，培养皿内培养已经转染了微泡的细胞，将玻璃皿盖盖在培养皿上，在玻璃皿盖上涂覆超声耦合剂，使其在玻璃皿盖上展开，消除物体表面空气，形成超声耦合剂层，调节伸缩连接杆的长度，使降落漏斗下端的超声渗透膜紧贴超声耦合剂层，开启电源，声波聚焦探头释放超声波击碎微泡释放微泡内的有效物质。
[0030]装置中用到的微泡是外层为脂质膜，具有良好的弹性；内部是稳定的氟碳材料如全氟戊烷气体，常态下是一种无色、无味、无毒、不易燃的气体，化学成分稳定。微溶于水并具有较好的抗压性。90%的微泡粒径小于8um，不含防腐剂，具有良好的谐波性能、体内稳定性和安全性，避免了气体损失、扩散、溶解及微泡聚集。微泡具有良好的声学性质和稳定性，使其在较低声压下也容易产生显著的微泡谐振，即在微泡不发生破裂的情况下产生非线性的二次谐波效应，并使微泡在血液中维持较长时间。
[0031]本发明中所涉及的微泡是可以直接从外地购买的上市产品，如台湾生产的Ulsphere、美国生产的Sonovue和Opti son等等。
[0032]可以运用两种微泡种类，一是瓶装载药微泡，膜内侧直接携带药物或治疗基因；二是瓶装空载微泡，将携有药物或者治疗基因的质粒注射入微泡瓶内，进行震荡，产生乳白色浑浊液体，通过注射器导入细胞或者器官组织中。本发明推荐使用第一种，更为方便快捷，且不存在微泡与药物或治疗基因融合过程中出现的损耗。
【主权项】
1.一种超声微泡细胞转载装置，其特征在于包括超声发生器、能量放大器、阻抗匹配电路、声波聚焦探头、探头支撑托架、降落漏斗、超声渗透膜、超声耦合剂层、玻璃皿盖和培养皿座； 所述的超声发生器、能量放大器、阻抗匹配电路、声波聚焦探头顺次相连，所述的声波聚焦探头垂直向下安装在探头支撑托架上，声波聚焦探头与降落漏斗的一端相连，降落漏斗的另一端设有超声渗透膜，所述的玻璃皿盖上涂覆有超声耦合剂层，所述的超声渗透膜与超声耦合剂层紧密接触，所述的玻璃皿盖设置在培养皿上。2.根据权利要求1所述的超声微泡转载装置，其特征在于所述的装置还包括培养皿座和伸缩连接杆;所述的培养皿位于培养皿座上，所述的培养皿座通过垂直安装的伸缩连接杆与探头支撑托架连接，所述的培养皿座可水平移动。3.根据权利要求1或2所述的超声微泡转载装置，其特征在于所述的降落漏斗为塑料锥形中空结构，上口横截面积大于下口，其内充满水，声波聚焦探头伸入上口并没入水中，下口与超声渗透膜相连。4.根据权利要求1或2所述的超声微泡转载装置，其特征在于所述的声波聚焦探头是能量聚焦式探头，功率为200-500kHz。5.根据权利要求1或2所述的超声微泡转载装置，其特征在于所述的超声渗透膜为聚氨酯膜。6.根据权利要求1所述的超声微泡转载装置，其特征在于所述的超声耦合剂层的超声耦合剂为水溶性高分子胶体。7.—种如权利要求1所述装置的超声微泡转载方法，其特征在于:培养皿设置在培养皿座上，培养皿内培养已经转染了微泡的细胞，将玻璃皿盖盖在培养皿上，在玻璃皿盖上涂覆超声耦合剂，使其在玻璃皿盖上展开，消除表面空气形成超声耦合剂层，调节伸缩连接杆的长度，使降落漏斗下端的超声渗透膜紧贴超声耦合剂层，开启电源，超声发生器产生超声，经放大器进行能量放大之后，转换成电能通过阻抗匹配电路进行传导，到达探头转换成声能经探头释放超声波，超声波经过降落漏斗的水进行传播并聚集，再经过超声渗透膜以及超声耦合剂的声波渗透及传导，透过玻璃皿盖对细胞进行超声波的作用，从而使得微泡发生空化效应并破碎，最后释放微泡内的有效物质。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的微泡外层为脂质膜，内部是全氟代烷经气体，微泡粒径小于25μηι，90 %微泡粒径小于8μηι。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述的全氟代烷烃气体为全氟戊烷。
【文档编号】A61K9/00GK106031795SQ201610590978
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】许师明, 朱宇翔, 李艳蓉
【申请人】浙江大学