[发明专利]磁-声复合作用的离体细胞标记装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于生物医学领域，具体而言，涉及一种磁-声复合作用将磁性氧化铁纳米微粒装载到离体细胞内的方法和装置。

背景技术

将氧化铁磁性纳米微粒载入细胞使细胞成为具有磁性的细胞，在细胞治疗、分子成像等领域有广泛应用，但氧化铁磁性纳米粒子在自然状态并不能有效地被细胞摄取而进入细胞。为促进细胞对磁性微粒的摄取，采用了多种方法，包括生物方法、物理方法和化学方法。

生物转染剂介导法：

以转染剂(如病毒、脂质体、高分子聚合物等)作为载体，将磁性粒子以某种方式与特异性受体、抗体或基因结合，通过细胞表面相应的受体使磁性粒子与细胞结合，使细胞具有磁性而成为磁性细胞

化学方法：

通过对磁性粒子表面功能化修饰，使不具有吞噬能力或吞噬能力较弱的细胞，利用粒子表面的电荷特性、表面效应等特性促使磁性纳米粒子与细胞膜表面相互作用或细胞通过吞噬、吞饮等方式将磁纳米粒子内吞于细胞体内。

物理方法：

主要是通过对细胞膜施一外加的能量，提高细胞膜对外源物质的摄取。这类方法包括电穿孔法、显微注射法、声致穿孔效应等。显微注射法直接将待传输物质注入细胞，效率很高；电穿孔法利用电脉冲作用使细胞膜穿孔，磁性微粒通过这些微孔进入细胞。声致穿孔法是应用超声波引起的振动使细胞膜产生非特异性空隙，使细胞膜通透性增加。

上述生物转染剂介导方法中，以病毒为载体的方法效率高，可使外源基因在宿主细胞中长期表达，但存在潜在的安全危险性。脂质体转染剂介导法，因脂质体本身会参与细胞生理活动，也可能造成细胞毒性。目前众多的研究者将新一代转染试剂的开发聚焦在非脂质体的聚合物上，以高分子聚合物为载体的基因传递技术正成为人们研究的方向。但目前应用的阳离子聚合物转染试剂，仍然存在转染效率不高和细胞毒性的问题。另外，转染剂有特异性且磁性微粒需与细胞经数小时甚至几天的共同孵育才能达到理想的标记效果。在这长时间的孵育过程中，转染剂潜在一些变化可能破坏细胞膜的结构和功能，还可能破坏蛋白和DNA。

采用对磁性微粒进行表面功能化修饰的化学方法，由于不同结构类型的表面处理剂对纳米铁氧体的作用机理存在很大的差异，因此应根据细胞类型对磁性微粒进行不同的表面修饰。

物理方法中，显微注射法虽然转染率较高，但需要昂贵的仪器，并且细胞操作时，需要一个细胞一个细胞地注射，不适合大量细胞研究的需要。电穿孔法因使用高压电脉冲作用于细胞，对细胞的损伤较大。超声方法超声提高细胞膜通透性存在阈值剂量，不易控制，且现有设备每次实验时只能对一个样本进行操作，效率很低。

总之，物理方法不存在特异性问题和细胞毒性，且方法简单安全，但与转染剂方法相比传输效率较低。

发明内容

针对以上所描述的现有技术存在的各种问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种安全、快速进行离体细胞磁性标记的装置，同时提供一种通过磁场引导磁性微粒运动、非接触控制磁性液体对流及空化微泡的运动，加强超声空化效应，使磁性纳米微粒快速进入离体细胞的物理方法，设备简单，易于操作，并具有较高的标记效率。

本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：

本发明一方面涉及磁-声复合作用的细胞标记装置，其包括：超声发射装置、位于超声范围内盛放去离子除气水的液体空化槽，液体空化槽中设有细胞样品管以及位于液体空化槽两边的磁场产生装置。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的超声发射部分包括聚焦超声换能器、信号发生器、超声功率放大器和阻抗匹配网络。核心部分为聚焦超声换能器，所用压电晶片直径5cm，中心频率1.25MHz，用有机玻璃做球面聚焦声透镜，焦距5cm。信号发生器产生的信号经超声功率放大器、匹配网络后驱动所述超声换能器，当超声换能器发射频率为1.25MHz时，电声转换效率31.7％。超声功率放大器在0-10W范围线性放大；考虑到换能器本身的电容特性，使用换能器数据设计、加工相应阻抗匹配网络，使负载阻抗与源阻抗匹配，以实现最大的功率传输，最大输出电阻50Ω。

在本发明的一个优选实施方式中，所述的磁场产生装置为亥姆霍兹线圈。亥姆霍兹线圈用于产生交变磁场。亥姆霍兹线圈与一可变电阻串联，最后接入50Hz交流稳压电源，磁场辐照装置接通电源时，能生成场强为0-500高斯连续可调的磁场。