将材料输送到细胞内的基于液滴变形方法和用于其的芯片技术

提供了用于将材料输送到细胞内的方法，其包括以下步骤：形成由待输送材料和细胞构成的液滴以及使形成的液滴经受变形从而将待输送材料输送到细胞内的步骤。材料输送到细胞内的步骤。材料输送到细胞内的步骤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】将材料输送到细胞内的基于液滴变形方法和用于其的芯片


[0001]本公开涉及用于将材料递送到细胞内的基于液滴变形的方法和用于其的芯片，并且更具体地，涉及通过使用包含含有细胞的亲水溶液的微滴实现材料的细胞内递送的改善效率、经济可行性等的用于将材料递送到细胞内的基于液滴变形的方法和用于其的芯片。

技术介绍

[0002]材料的细胞内递送是细胞工程中最基本实验之一。通常使用载体或通过在细胞膜/核膜中限定纳米孔来递送材料。在以病毒或脂质体为中心的载体技术中，当技术被优化时，高效的材料递送是可能的，但是存在诸如安全性、递送速度慢、载体制备过程人工/成本密集、低重现性等问题。
[0003]另一方面，通过向细胞膜施加能量来限定纳米孔的方法(例如，电穿孔或微针)相对有利，因为各种材料能够被递送到各种细胞系。然而，由方法的侵入性导致的低细胞存活率、递送材料的变性和低吞吐量被指出为主要限制。为了解决这些问题，显著使用了能够处理大量细胞的微流体装置。通常，存在一种平台，该平台可在微管中创建窄收缩或瓶颈并且通过在细胞经过瓶颈时发生的细胞的物理变形在细胞膜中限定纳米孔。然而，这种方式具有诸如在实验期间瓶颈本身的堵塞、材料递送效率不一致等的主要缺点。
[0004]例如，第2014
‑
0287509号美国专利(在下文中，称为现有技术)公开了用于允许细胞直接流过具有瓶颈结构的通道向细胞施加压力来诱发细胞变形的技术。然而，在这种情况下，存在细胞阻塞瓶颈结构的问题。此外，细胞直接与通道壁接触以经受由摩擦等导致的应力，从而降低了细胞存活率并且发生通道堵塞。此外，存在由于不均匀的速度导致的不均匀细胞变形而使得材料递送不均匀，并且由于仅通过扩散现象发生递送，因此材料递送效率在根本上低的问题。因此，迫切需要开发用于材料的细胞内递送的创新的下一代平台，该平台可在保持微流体装置的极大处理功能的同时将各种材料均匀且高效地递送到细胞内。

技术实现思路

[0005]技术目的
[0006]因此，本公开的目的在于提供通过使用微滴的材料递送方案极大地改善递送效率和系统稳定性的方法和系统。
[0007]技术方案
[0008]本公开的一个方面提供了用于将材料递送到细胞内的方法，其包括生成由待递送的材料和细胞组成的液滴和使生成的液滴变形以将待递送的材料递送到细胞内。
[0009]在一个实现方式中，通过允许包含细胞和材料的第一相的流体流动到与第一相的流体不混溶的第二相的流体来生成液滴。
[0010]在一个实现方式中，液滴的变形包括减小通道的直径。
[0011]在一个实现方式中，液滴的变形包括在液滴流动的流体中生成涡流。
[0012]本公开的另一方面提供了用于将材料递送到细胞内的平台，平台包括用于允许包
含待递送的材料和细胞的液滴经过其流动的通道，和用于使流过通道的液滴物理变形以将待递送的材料递送到细胞内的变形装置。
[0013]在一个实现方式中，变形装置是具有减小的直径的微通道或由于流体的碰撞而能够发生涡流的接合部。
[0014]本公开的另一方面提供了用于将材料递送到细胞内的方法，方法包括在疏水溶液中生成包含细胞和待递送的材料的亲水溶液的液滴，允许包含生成的液滴的疏水溶液流过通道，通过允许疏水溶液流过通道以经过具有比该通道小的直径的另一通道使液滴初次变形，以及在液滴经过所述另一通道之后使通道中的液滴二次变形，其中，在液滴的初次变形和二次变形中，细胞不与通道的壁直接接触。
[0015]在一个实现方式中，在液滴的初次变形中，液滴被挤压，并且同时，在液滴中的细胞的细胞膜中限定有纳米孔。在一个实现方式中，在液滴的二次变形中，液滴恢复到液滴的初次变形之前的形状，并且同时，待递送的材料通过在液滴的初次变形中限定的细胞膜的孔递送到细胞内。
[0016]在一个实现方式中，在液滴的二次变形中，液滴中发生扩散和对流，使得液滴中的待递送的材料在细胞内的递送效率增加。在一个实现方式中，液滴经过所述另一通道至少一次。
[0017]在一个实现方式中，在疏水溶液中生成包含细胞和待递送的材料的亲水溶液的液滴包括通过允许在第二方向上的疏水溶液流动到在第一方向上流动的亲水溶液以使亲水溶液和疏水溶液彼此接触来生成液滴。在一个实现方式中，方法还包括通过允许另一疏水溶液流动到其中具有生成的液滴的疏水溶液，使其中具有生成的液滴的疏水溶液加速。
[0018]在一个实现方式中，待递送的材料是选自由核酸、蛋白质、转录因子、介体、质粒、遗传剪材料和纳米颗粒构成的集群中的至少一种。
[0019]本公开的又一方面提供了用于实现上述用于将材料递送到细胞内的方法的微流体芯片。
[0020]在一个实现方式中，微流体芯片包括用于实现上述用于将材料递送到细胞内的方法的多个通道。在一种实现方式中，通道彼此平行地限定。
[0021]技术效果
[0022]本公开使用包括包含有细胞的亲水溶液的微滴实现材料的细胞内递送。在这种情况下，通过使微滴中的细胞以恒定速度通过具有减小的直径的瓶颈或涡流发生点而使液滴中的细胞变形，能够进行细胞内的均匀并且高效的材料递送。此外，能够在根本上防止细胞表面与微管壁面直接接触，从而在根本上避免现有技术的通道堵塞现象，并且减少由细胞与通道壁之间的摩擦而导致的应力。此外，与其中仅通过扩散递送材料的传统方案相比，在本公开中，由于外部材料可通过微滴中的在细胞恢复到其原始形状时发生的二次流、以及具有介于其间的细胞膜的流体通过扩散和对流的交换来递送，因此可确保高递送效率。此外，通过将递送到细胞内的材料制成微滴，可确保经济可行性，并且被递送材料的量也可通过液滴体积进行控制。
[0023]因此，根据本公开的用于将材料递送到细胞内的方法和系统可应用于与细胞工程相关的所有研究领域和行业，从而以具有高效率和高生产量的低廉且简单的方案实现细胞内的材料递送。
附图说明
[0024]图1是示出根据本公开的实施方式的使用具有接合部的细胞递送平台的液滴改变过程的图。
[0025]图2是示出根据本公开的实施方式的使用具有“+”形接合部的细胞递送平台的液滴改变过程的图。
[0026]图3是根据本公开的实施方式的用于将材料递送到细胞内的方法的流程图。
[0027]图4至图7是根据本公开的实施方式的用于将材料递送到细胞内的方法和系统的示意图。
[0028]图8是根据图4至图7的用于将材料递送到细胞内的方法和每个步骤的通道照片的示意图。
[0029]图9示出了对于现有技术和本公开的实验情况在经过相同时间之后拍摄的照片。
[0030]图10示出了现有技术和本公开的微管堵塞实验的结果。
[0031]图11的左侧和右侧是对本公开和现有技术的细胞内的材料递送的效率彼此进行比较的结果。
[0032]图12是根据本公开的实施方式的其中初次变形和二次变形连续重复的通道的照片。
[0033]图13示出了微滴中的细胞封装、瓶颈区段中的变形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于将材料递送到细胞内的方法，所述方法包括：生成由待递送的所述材料和所述细胞组成的液滴；以及使生成的所述液滴变形，以将待递送的所述材料递送到所述细胞内。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液滴通过允许包含所述细胞和所述材料的第一相的流体流动到与所述第一相的所述流体不混溶的第二相的流体来生成。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液滴的所述变形包括：减小通道的直径。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述液滴的所述变形包括：在所述液滴流动的流体中生成涡流。5.一种用于将材料递送到细胞内的平台，所述平台包括：通道，所述通道用于允许包含待递送的所述材料和所述细胞的液滴在所述通道中流动；以及变形装置，所述变形装置用于使流过所述通道的所述液滴物理变形，以将待递送的所述材料递送到所述细胞内。6.根据权利要求5所述的平台，其中，所述变形装置是具有减小的直径的微通道。7.根据权利要求6所述的平台，其中，所述变形装置是由于流体的碰撞而能够发生涡流的接合部。8.一种用于将材料递送到细胞内的方法，所述方法包括：在疏水溶液中生成包含所述细胞和待递送的所述材料的亲水溶液的液滴；允许包含生成的所述液滴的所述疏水溶液流过通道；通过允许所述疏水溶液流过所述通道以经过具有比所述通道小的直径的另一通道，使所述液滴初次变形；以及在所述液滴经过所述另一通道之后，使所述通道中的所述液滴二次变形，其中，在所述液滴的所述初次变形和所述二次变形中，所述细胞不与所述通道的壁直接接触。9.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述液滴的所述初次变形中，所述液滴被挤压，并且同时，在所述液...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑峨灆，朱炳柱，李河成，
申请(专利权)人：高丽大学校算学协力团，
类型：发明
国别省市：