一种向细胞内递送物质的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种向细胞内递送物质的装置，该装置包括具有金刚石面层的基底和形成于金刚石面层上并彼此间隔的金刚石纳米针，所述基底还具有在金刚石面层下的硅底层，所述纳米针为圆柱状纳米针，且所述纳米针的侧面近似垂直于所述金刚石面层。本发明专利技术还提供了一种向细胞内递送物质的方法，该方法包括如下步骤：(1)将细胞置于基板上的培养基中；(2)将向细胞内递送物质的装置置于所述培养基的液面上，形成夹心结构；(3)将所述夹心结构进行离心，离心的条件使得纳米针的尖端刺入所述细胞。通过上述技术方案，本发明专利技术能够对各种贴壁细胞(包括原代培养的神经元细胞)进行向细胞内递送物质。

【技术实现步骤摘要】
一种向细胞内递送物质的装置和方法
本专利技术涉及生物
，具体地，涉及一种向细胞内递送物质的装置和一种向细胞内递送物质的方法，以及制备所述向细胞内递送物质的装置的方法。
技术介绍
向活细胞内高效地递送物质是细胞生物技术的重要课题，在细胞生物学的基础研究、药物制备和临床治疗方面都具有十分重要的应用价值。例如，在体细胞内递送编码特定的转录因子的基因、蛋白或mRNA就能将体细胞重新编程为诱导多能干细胞(iPS)状态，这将解决再生医学所用的移植细胞的来源问题。siRNA、多肽和纳米颗粒等许多其它物质也具有潜在的医学应用价值，但这些物质的向活细胞内的高效递送是首先要解决的问题。已经开发出来了多种促进物质跨膜迁移的方法。每个建立的方法在实际使用过程中都有自己的优点和缺点，具体体现在效率、表达水平、毒性、细胞生存能力和设备要求等方面。例如，使用病毒载体的方法仅限于递送核酸，但该方法的程序是劳动密集型的，并且常常涉及各种安全问题；如脂质体转染的化学方法相对比较简单，但对于后有丝分裂的细胞的效率通常很低(如对神经元细胞的效率仅有1-2％)，并且不适合蛋白和纳米材料等的跨膜递送；磷酸钙沉淀方法的成本效益较高，但很难产生可重复的结果，转染效率较低；电脉冲的方法通过施加电压脉冲暂时改变细胞膜的特性来允许带电材料进入细胞，但该方法通常需要细胞处于悬浮状态，并且细胞毒性可能根据不同的细胞类型显著不同。最近，机械破坏细胞膜正在成为一种前景良好的向细胞内递送物质的手段。例如，直径800纳米以下的单一纳米针已被用于向细胞内递送物质且没有造成细胞的严重损害，但是使用这种单一纳米针需要使用原子力显微镜并且该方法的通量极低。纳米纤维或纳米针的阵列可以用于提高效率，但现有的装置和方法仍然需要将细胞悬浮起来，并且需要将待递送的物质先固定在纳米针上，还需要使用复杂的操作仪器，无法在贴壁细胞上使用，并且在非分裂期的细胞(如原代培养的神经元细胞)上无法使用。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服纳米针的阵列无法在贴壁细胞上使用的缺陷，提供能够在贴壁细胞上使用的一种向细胞内递送物质的装置和一种向细胞内递送物质的方法。为了实现上述目的，一方面，本专利技术提供了一种向细胞内递送物质的装置，该装置包括具有金刚石面层的基底和形成于金刚石面层上并彼此间隔的金刚石纳米针，所述基底还具有在金刚石面层下的硅底层，所述纳米针为圆柱状纳米针，且所述纳米针的侧面垂直于所述金刚石面层。另一方面，本专利技术还提供了一种向细胞内递送物质的方法，该方法包括如下步骤：(1)将细胞置于基板上的培养基中，所述培养基含有等待递送的物质；(2)将向细胞内递送物质的装置置于所述培养基的液面上，形成夹心结构，所述向细胞内递送物质的装置包括基底和附着于基底表面上并彼此间隔的纳米针，所述纳米针为金刚石形成的纳米针；所述纳米针的尖端指向所述细胞；(3)将所述夹心结构进行离心，离心的条件使得所述纳米针的尖端刺入所述细胞。再一方面，本专利技术还提供了一种制备向细胞内递送物质的装置的方法，该装置包括具有金刚石面层的基底和形成于金刚石面层上并彼此间隔的金刚石纳米针，所述基底还具有在金刚石面层下的硅底层，其中，所述纳米针为圆柱状纳米针，且所述纳米针的侧面垂直于所述金刚石面层；该方法包括如下步骤：(1)在硅底层上沉积形成纳米金刚石膜，沉积的条件使得所述纳米金刚石膜的厚度比期望得到的纳米针的高度大0.5-5μm；(2)对形成的纳米金刚石膜进行偏压辅助的反应离子刻蚀，其中，偏压辅助的反应离子刻蚀的条件包括：反应压力为(4-8)×10-3Torr，反应时间为20分钟至4小时；偏压为-50V至-250V；偏压辅助的反应离子刻蚀的气体包括H2、Ar与H2的混合气和CH4与H2的混合气中的至少一种。通过上述技术方案，本专利技术能够对贴壁细胞(特别是非分裂期的细胞，例如原代培养的神经元)进行向细胞内递送物质。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的向细胞内递送物质的装置的扫描电镜图。图2是本专利技术的向细胞内递送物质的装置的扫描电镜图的局部放大。图3是现有技术中向细胞内递送物质的装置的扫描电镜图的局部放大。图4是制备实施例1的装置在对神经元原代细胞递送了GFP的质粒DNA后，神经元原代细胞的特征性标志(MAP2和vGlut1)的表达情况的荧光显微镜照片。图5是作为本专利技术特别优选的一种实施方式的向细胞内递送物质的方法的流程示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本专利技术中，在未作相反说明的情况下，在向细胞内递送物质的装置中，使用的方位词如“上、下”是指纳米针沿高度延伸的方向而言的；在向细胞内递送物质的方法中，使用的方位词如“上、下”是指沿重力的方向而言的。本专利技术提供了一种向细胞内递送物质的装置，该装置包括具有金刚石面层的基底和形成于金刚石面层上并彼此间隔的金刚石纳米针，所述基底还具有在金刚石面层下的硅底层，所述纳米针为圆柱状纳米针，且所述纳米针的侧面垂直于所述金刚石面层。其中，本专利技术提供的向细胞内递送物质的装置中，所述纳米针用于刺入细胞，使得等待递送的物质随着刺入得以递送到细胞中。所述纳米针竖立在所述金刚石面层上，形成纳米针的阵列。本文中术语“圆柱状”还包括具有一定程度形变的圆柱体，例如，圆柱体在与金刚石面层平行的方向上，所述纳米针的横截面的面积以及横截面上两点之间的最大距离的变异度可以均不超过10％；与金刚石面层平行的方向上，所述纳米针的横截面可以为近似的圆形，例如横截面的边缘上两点之间的最大距离与最小距离的比值可以为1-1.3:1。术语“垂直于所述金刚石面层”还包括近似垂直的情况，所述纳米针的侧面与所述金刚石面层的夹角可以为85-95度。其中，所述纳米针的直径可以为能够用于向细胞内递送物质的纳米针的各种直径，例如可以为10-800nm，优选为50-600nm，为了进一步提高向细胞内递送物质的效率，更优选为200-450nm。其中，所述纳米针的高度可以为能够用于向细胞内递送物质的纳米针的各种高度，例如为3-8μm，优选为3.5-6.5μm，为了进一步提高向细胞内递送物质的效率，更优选为3.8-5.3μm。其中，所述纳米针在所述金刚石面层上的分布密度可以为能够用于向细胞内递送物质的纳米针阵列中所用的密度，例如为(1-15)×106个/cm2，为了进一步提高向细胞内递送物质的效率，优选为(4-8)×106个/cm2。其中，所述金刚石面层的厚度可以为能够用于向细胞内递送物质的纳米针阵列中所用的厚度，例如为0.5-5μm，为了进一步提高向细胞内递送物质的效率，优选为1-4μm。其中，所述硅底层的厚度可以为能够用于向细胞内递送物质的纳米针阵列中所用的厚度，例如为400-600μm，为了进一步提高向细胞内递送物质的效率，优选为480-520μm。本专利技术还提供了一种向细胞内递送物质的方法，该方法包括如下步骤：(1)将细胞置于基板上的培养基中，所述培养基含有等待递送的物质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种向细胞内递送物质的装置，该装置包括具有金刚石面层的基底和形成于金刚石面层上并彼此间隔的金刚石纳米针，所述基底还具有在金刚石面层下的硅底层，其特征在于：所述纳米针为圆柱状纳米针，且所述纳米针的侧面垂直于所述金刚石面层。

【技术特征摘要】
1.一种向细胞内递送物质的装置，该装置包括具有金刚石面层的基底和形成于金刚石面层上并彼此间隔的金刚石纳米针，所述基底还具有在金刚石面层下的硅底层，其特征在于：所述纳米针为圆柱状纳米针，且所述纳米针的侧面垂直于所述金刚石面层；所述圆柱状纳米针横截面的直径为10-800nm；所述纳米针的高度为3-8μm。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述圆柱状纳米针横截面的直径为50-600nm，所述纳米针的高度为3.5-6.5μm。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述圆柱状纳米针横截面的直径为200-450nm，所述纳米针的高度为3.8-5.3μm。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的装置，其特征在于：所述纳米针在所述金刚石面层上的分布密度为(1-15)×106个/cm2。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述纳米针在所述金刚石面层上的分布密度为(4-8)×106个/cm2。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述金刚石面层的厚度为0.5-5μm，所述硅底层的厚度为400-600μm。7.一种向细胞内递送物质的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：(1)将细胞置于基板上的培养基中，所述培养基含有等待递送的物质；(2)将向细胞内递送物质的装置置于所述培养基的液面上，形成夹心结构，所述向细胞内递送物质的装置包括基底和附着于基底表面上并彼此间隔的纳米针，所述纳米针为金刚石形成的纳米针；所述纳米针的尖端指向所述细胞；(3)将所述夹心结构进行离心；所述向细胞内递送物质的装置为权利要求1-6中任意一项所述的向细胞内递送物质的装置；离心的条件包括：相对离心力为10-15g。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：史鹏，陈献峰，张文军，
申请(专利权)人：香港城市大学，
类型：发明
国别省市：中国香港;81