细胞内物质递送平台的制作方法

本公开涉及一种递送细胞内物质的平台，更具体地，涉及一种能够通过形成涡流在细胞内递送物质的平台。

背景技术：

1、细胞内物质转移是细胞工程中最基本的实验之一，并且通常使用载体或通过在细胞膜/核膜中创建纳米孔来递送物质。基于病毒或脂质体的载体技术在被优化时可高效递送物质，但存在诸如安全性、较慢的递送速度、劳动/成本密集型载体制备工艺以及低再现性等问题。

2、相反，通过向细胞膜施加能量来制作纳米孔的方法，例如，诸如电穿孔或微针的技术，具有能够向各种细胞递送相对多种物质的优点。然而，由于方法的侵入性而导致的低细胞生存力、递送物质的变性和低处理量已经被指为主要的限制。为了解决这些问题，使用能够处理大量细胞的微流体装置是非常显著的。代表性地，存在一种平台，其在微通道中创建狭窄的收缩部或瓶颈，并且当细胞通过狭窄的收缩部或瓶颈时，通过细胞的物理变形在细胞膜中创建纳米孔。然而，这种方法具有较大缺点，例如在实验过程中狭窄的收缩部或瓶颈本身的阻塞、不一致的物质递送效率等。

3、例如，美国专利第2014-0287509号(以下称为常规技术)公开了一种通过使细胞直接流经具有瓶颈结构的通道从而对细胞施加压力来诱导细胞变形的技术。然而，在这种情况下，由于细胞以不均匀的速度前进，细胞变形的速率不是恒定的，因此降低了物质递送的效率。此外，由于细胞仅通过根据扩散的方法递送，物质递送的效率根本上是低的，并且存在难以将核酸递送到核中的问题。因此，迫切需要开发一种创新的下一代细胞内物质递送平台，其能够均匀地和高效地将各种物质递送到细胞中，同时保持微流体装置的高处理功能。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的一个目的是提供一种能够通过在微通道中产生涡流而将物质递送到细胞中的平台。

3、解决方法

4、根据本公开的一个方面，本公开的一个实施例可以包括：第一通道，包含细胞和递送物质的流体在具有流动的同时流经所述第一通道；以及第二通道和第三通道，所述第二通道和所述第三通道以一定角度连接到所述第一通道，使得包含细胞和递送物质的所述流体在具有流动的同时流动；其中，所述流体在所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道中的至少一个中形成所述流体的碰撞区域和涡流区域中的至少一个。

5、在一个实施例中，所述第一通道至所述第三通道中的至少一个的横截面可以形成为具有短轴和长轴的矩形，所述短轴设置在竖直面上，且所述长轴设置在水平面上。

6、在一个实施例中，所述物质递送平台还可以包括：第一供应部，供应包含细胞和递送物质中的至少一者的第一供应流体；以及第二供应部，供应第二供应流体，其中，所述第一供应流体可以通过第一供应部通道被供应到所述第一通道，所述第二供应流体可以通过第二供应部通道被供应到所述第一通道，形成有一个或多个所述第二供应部通道，并且所述第二供应部通道可以从所述第一供应部通道的两侧供应所述第二流体。

7、在一个实施例中，所述第一供应部通道的雷诺数与所述第二供应部通道的雷诺数可以是2:1至1:3。

8、在一个实施例中，所述第一通道中的流体可以包括所述第一供应流体和所述第二供应流体，所述第一供应流体可以通过从所述第一通道中的长轴的中央流动而流动，所述第二供应流体可以通过在所述第一通道中从所述长轴的两侧流动而流动，所述第二供应流体位于所述第一供应流体的两侧，并且所述第一供应流体和所述第二供应流体可以在所述第二通道和所述第三通道中的至少一个中混合。

9、在一个实施例中，所述涡流区域可以是其中所述流体的直线型流动暂时停滞的涡流区域。

10、在一个实施例中，所述递送物质可以是核酸、蛋白质、荧光染料、量子点、碳纳米管、抗原、核糖核蛋白、基因剪刀、聚合物和纳米颗粒中的至少一种。

11、在一个实施例中，所述第二通道和所述第三通道可以相对于所述第一通道对称或不对称地形成。

12、在一个实施例中，所述第二通道和所述第三通道与所述第一通道之间的角度可以是锐角、直角和钝角中的至少一种。

13、在一个实施例中，所述第一通道、所述第二通道和所述第三通道中的至少一个的横截面可以具有矩形形状，所述矩形形状具有长轴和短轴，所述长轴可以设置在水平面上，所述短轴可以设置在竖直面上，所述长轴可以为10μm至10mm，并且所述短轴可以为5μm至60μm。

14、在一个实施例中，包含细胞和递送物质的所述流体在所述第一通道中可以具有根据以下等式1的1至1,000的雷诺数，并且所述第二通道和所述第三通道中的至少一个可以具有根据以下等式1的1至1,000的雷诺数。

15、[等式1]

16、

17、(在上述等式1中，μ是流体的粘性系数，ρ是密度，v是流体的平均速度，并且d是管的水力直径。)

18、在一个实施例中，所述第二通道或所述第三通道的雷诺数可以设置为所述第一通道的雷诺数的40％至110％。

19、在一个实施例中，所述第一通道至所述第三通道中的至少一个可以具有根据以下等式2的5μm至130μm的水力直径。

20、[等式2]

21、

22、(在所述等式2中，ac是流体流经的管的横截面的面积，p是在观察横截面时围绕流体并与流体接触的二维曲线的长度。)

23、在一个实施例中，所述第一通道的细胞和递送物质中的至少一者可以具有由以下等式3定义的4至100的颗粒雷诺数。

24、[等式3]

25、

26、(在等式3中，rep是颗粒雷诺数，re是雷诺数，α是细胞或颗粒的直径，且d是水力直径。)

27、在一个实施例中，所述第二通道或所述第三通道的水力直径可以设置为所述第一通道的水力直径的40％至110％。

28、在一个实施例中，在所述涡流区域中可以形成第一涡流和第二涡流中的至少一者，所述第一涡流可以形成在所述第一通道与所述第二通道以及所述第一通道与所述第三通道可以彼此连接的部分中，并且所述第二涡流可以形成在所述第二通道和所述第三通道中的至少一个中。

29、在一个实施例中，所述第二涡流可以形成在所述第二通道和所述第三通道中的至少一个中，并且所述第二涡流可以形成在所述第二通道或所述第三通道的纵向方向上与所述第一通道的中央部分隔开20μm至200μm的部分中。

30、在一个实施例中，所述第一涡流和所述第二涡流中的至少一者可以是通过所述流体的压力变化形成的。

31、在一个实施例中，随着所述流体的雷诺数增加，所述第一涡流或所述第二涡流可以形成得更强。

32、在一个实施例中，所述细胞的流动由于所述第二涡流而停滞的时间可以为0.1μs至100μs。

33、在一个实施例中，所述碰撞、所述第一涡流和所述第二涡流中的至少一者可以在细胞的细胞膜和核膜中的至少一个中形成临时穿孔，并且所述递送物质可以通过所述穿孔流入所述细胞中。

34、在一个实施例中，通过所述碰撞、所述第一涡流和所述第二涡流中的至少一者，在细胞的细胞膜和核膜中的至少一个中可以形成穿孔，所述穿孔可以形成在所述细胞膜或所述核膜的相同部位或不同部位中，在作为第一个形成的穿孔被保持或恢复之后可以形成下一个穿孔，并且作为第一个形成的所述穿孔可以通过所述下一个穿孔被扩展得更大或其尺寸被保持。

35、在一个实施例中，所述第二通道和所述第三通道可以在所述第一通道的端部彼此连接，以使在所述第一通道中流动的所述流体被分支，在所述第二通道和所述第三通道之间可以形成突出槽，并且所述突出槽可以通过在对应于所述第一通道的位置处沿所述流体流动的方向突出而形成。

36、在一个实施例中，所述突出槽可以具有形成为四边形、三角形和圆筒形中的至少一种的竖直横截面。

37、在一个实施例中，所述突出槽的引入部分可以为1μm至20μm，并且所述突出槽的深度可以为3μm至100μm。

38、在一个实施例中，在所述涡流区域中可以形成第一涡流和第二涡流中的至少一者，所述第一涡流可以在流经所述第一通道的所述流体与所述突出槽的引入部分、所述突出槽的内部和所述突出槽周围的分隔壁中的至少一者碰撞之后通过局部压力逆转而形成，并且所述第二涡流可以在所述第二通道和所述第三通道中的每一个中通过局部压力逆转而形成。

39、有益效果

40、根据如上所述的本公开，可以提供一种通过产生多个涡流将递送物质递送到细胞中的平台。此外，可以提供一种细胞内物质递送的平台，其中，递送物质可以包括各种递送物质，诸如核酸、蛋白质和纳米颗粒，以及其中仅一种为非特定的(诸如核酸和蛋白质)两者或更多者的组合。