CN105535968A - 一种基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，包括构建声场及操控系统，所述声场包括腔室，所述操控系统包括超声波发射装置；制备中空多孔的纳米粒子；将所述纳米粒子放入所述腔室，使所述超声波发射装置发射超声波，调控声场，以操控所述纳米粒子运动，使所述纳米粒子靶向运输。在本申请的具体实施方式中，由于将中空多孔的纳米粒子放入腔室，使超声波发射装置发射超声波，调控声场，以操控纳米粒子运动，使纳米粒子靶向运输，本申请结合声场作用和纳米粒子的特殊结构，可操控三维尺度均在纳米级别的纳米粒子，可用于实现药物的靶向递送。
Description
技术领域
本申请涉及声操控技术，尤其涉及一种基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法。
背景技术
声操控主要是利用声场中粒子受到声辐射力、声流引起的拽力或剪切力等实现对粒子的捕获、排列、移动、旋转和释放等功能。由于超声已广泛应用于临床成像检测中，并已经证实低强度超声不会对机体造成明显的损伤，超声操控粒子是一种非接触、无创、便捷的操控方法。因此，基于该技术实现纳米药物载体的靶向递送，对于肿瘤等重大疾病的精准治疗具有十分重要的意义和实际应用价值。
现有技术中，医用超声频率的声操控都只针对微米粒子或纳米线。这些粒子的结构尺寸偏大，不适合载药体系的构建和实际应用。相比于微米粒子或纳米线，三维尺度均在纳米级别的粒子更容易被肿瘤细胞吞噬或更容易通透细胞间隙进入肿瘤组织内部，并且具有更低的免疫原性和靶向性。然而，由于纳米粒子尺度远小于波长，且受到布朗运动和溶液的粘力作用的影像，难以被医用超声频段的声场操控。
发明内容
本申请要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法。
本申请要解决的技术问题通过以下技术方案加以解决：
一种基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，包括：
构建声场及操控系统，所述声场包括腔室，所述操控系统包括超声波发射装置；
制备中空多孔的纳米粒子；
将所述纳米粒子放入所述腔室，使所述超声波发射装置发射超声波，调控声场，以操控所述纳米粒子运动，使所述纳米粒子靶向运输。
上述方法中，所述调控声场，包括调控声场频率、声场强度和/或声场形态。
上述方法中，所述超声波发射装置包括函数发生器、功率放大器和压电陶瓷片，所述函数发生器产生发射信号，通过所述功率放大器激励所述压电陶瓷片产生超声波；所述调控声场频率通过调控所述函数发生器的发射频率实现，所述调控声场强度通过调控所述函数发生器的电压实现，所述调控声场形态可通过调控所述腔室的高度实现。
上述方法中，所述操控所述纳米粒子运动，具体包括：操控所述纳米粒子组装、排列、旋转、聚集和移动中的一种或多种。
上述方法中，所述操控纳米粒子旋转的发射频率为0.5～2MHz，电压为200mV～1V；所述操控纳米粒子线性排列的发射频率为2～4MHz，电压为200mV～1V；所述操控纳米粒子聚集的发射频率为4～10MHz，电压为200mV～1V。
上述方法中，所述制备中空多孔的纳米粒子，具体包括：
以聚乙烯吡咯烷酮为表面修饰剂，在乙二醇体系中制备银纳米立方体；
以所述银纳米立方体为模版，加入氯金酸，通过金银置换反应，获得中空多孔的金纳米笼。
上述方法中，所述纳米粒子的粒径为20～500nm。
上述方法中，所述纳米粒子为装载药物的纳米粒子。
上述方法中，所述腔室包括实验腔、人体环境或动物体环境。
上述方法中，所述操控系统还包括含高速CCD的光学显微成像系统，所述高速CCD用于记录所述纳米粒子的运动轨迹。
由于采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：
在本申请的具体实施方式中，由于将中空多孔的纳米粒子放入腔室，使超声波发射装置发射超声波，调控声场，以操控纳米粒子运动，使纳米粒子靶向运输，本申请结合声场作用和纳米粒子的特殊结构，可操控三维尺度均在纳米级别的纳米粒子，可用于实现药物的靶向递送。
附图说明
图1为本申请的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法在一种实施方式中的流程图；
图2为本申请的声场及操控系统在一种实施方式中的结构示意图；
图3为金纳米笼的透射电镜图；
图4为不同声场参数对纳米粒子的操控作用图；
图5为声场操控用于纳米粒子的肿瘤细胞靶向运输。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
如图1、图2所示，本申请的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其一种实施方式，包括以下步骤：
步骤102：构建声场及操控系统，声场包括腔室，操控系统包括超声波发射装置。
在一种实施方式中，腔室包括实验腔、人体环境或动物体环境。其中，实验腔包括底板12、侧壁13和盖板14，侧壁13设置在底板12上，盖板14盖设在侧壁13上，侧壁13围出圆柱形空腔14。底板可由硅片制成，侧壁13可由胶带制成，盖板15可以由盖玻片制成。其中侧壁13和空腔14具体可通过在多层胶带中间打孔制成。
超声波发射装置包括函数发生器、功率放大器和压电陶瓷片11，函数发生器产生发射信号，通过功率放大器激励压电陶瓷片11产生超声波。超声波发射装置也可以是超声波发生器和超声换能器，如叉指换能器。
在一种实施方式中，操控系统还可以包括光学显微成像装置，光学显微成像装置包括高速CCD21（电荷耦合元件）、分光镜22、暗场环23和物镜24，图2中25为光源，高速CCD用于记录所述纳米粒子的运动轨迹。由于纳米粒子的尺寸很小，传统的光学显微镜无法对其观测。在本系统中，将普通显微镜的聚光器换成暗场聚光器或在普通显微镜的聚光器下插入暗场环23，用于暗视野观察，即可对纳米粒子的行为进行观测。其作用原理在于滤掉了垂直入射光而只有侧面的光照射被检物体，并在样品的表面或内部发生反射、衍射和折射，改变了照在物体上光路的方向，使光线进入到物镜24里而成像。高速CCD可用于记录粒子的操控行为。
步骤104：制备中空多孔的纳米粒子。
中空多孔的纳米粒子包括金属纳米粒子和非金属纳米粒子，例如金纳米笼。纳米粒子为三维尺度均在纳米级别的粒子。
步骤106：将纳米粒子放入腔室，使超声波发射装置发射超声波，调控声场，以操控所述纳米粒子运动，使纳米粒子靶向运输。
调控声场包括调控声场频率、声场强度和/或声场形态。
在一种实施方式中，调控声场频率可以通过调控函数发生器的发射频率实现，调控声场强度可以通过调控函数发生器的电压实现，调控声场形态可通过调控腔室的高度实现。
操控纳米粒子运动，具体包括：操控所述纳米粒子组装、排列、旋转、聚集和移动中的一种或多种。
操控纳米粒子旋转的发射频率为0.5～2MHz，电压为200mV～1V；操控纳米粒子线性排列的发射频率为2～4MHz，电压为200mV～1V；操控纳米粒子聚集的发射频率为4～10MHz，电压为200mV～1V。
在一种实施方式中，纳米粒子的粒径为20～500nm。纳米粒子为装载药物的纳米粒子。
在一种具体实施方式中，制备中空多孔的纳米粒子，具体包括以下步骤：
步骤1042：以聚乙烯吡咯烷酮为表面修饰剂，在乙二醇体系中制备银纳米立方体。
步骤1044：以所述银纳米立方体为模版，加入氯金酸，通过金银置换反应，获得中空多孔的金纳米笼。
以聚乙烯吡咯烷酮为表面修饰剂，在乙二醇体系中制备银纳米立方体，并以其为模版，通过金银置换反应，调节加入氯金酸的量和反应时间，获得中空多孔的金纳米笼，粒径约为100nm，如图3所示。
将金纳米笼注入实验腔；利用函数发生器产生发射信号，并通过功率放大器激励压电陶瓷片产生超声波，从而作用于纳米粒子；通过调节函数发生器的发射频率（如4.5MHz）、波谱类型（如连续正弦波）、电压大小（如200mV）等参数实现对纳米粒子的行为操控。图4为通过高速CCD拍摄到的纳米粒子在不同声操控参数作用下的图像。
通过在盖玻片上培养肿瘤细胞获得实验腔内的肿瘤模型，通过声场对纳米粒子的操控获得纳米粒子对肿瘤细胞的靶向运输，如图5所示。
本申请不但首次获得了纳米粒子的声操控行为，包括对纳米粒子的组装、排列、旋转、聚集和移动，并且实现纳米粒子对肿瘤细胞的靶向调控富集。相比于微米粒子或纳米线，三维尺度均在纳米级别的粒子更容易被肿瘤细胞吞噬或更容易通透细胞间隙进入肿瘤组织内部，并且具有更低的免疫原性。另外纳米材料具有传统材料所不具备的表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等。因此本发明的纳米粒子声操控技术具有更广的研究空间和应用价值。
以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
Claims (10)
1.一种基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，包括：
构建声场及操控系统，所述声场包括腔室，所述操控系统包括超声波发射装置；
制备中空多孔的纳米粒子；
将所述纳米粒子放入所述腔室，使所述超声波发射装置发射超声波，调控声场，以操控所述纳米粒子运动，使所述纳米粒子靶向运输。
2.如权利要求1所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述调控声场，包括调控声场频率、声场强度和/或声场形态。
3.如权利要求2所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述超声波发射装置包括函数发生器、功率放大器和压电陶瓷片，所述函数发生器产生发射信号，通过所述功率放大器激励所述压电陶瓷片产生超声波；所述调控声场频率通过调控所述函数发生器的发射频率实现，所述调控声场强度通过调控所述函数发生器的电压实现，所述调控声场形态可通过调控所述腔室的高度实现。
4.如权利要求3所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述操控所述纳米粒子运动，具体包括：操控所述纳米粒子组装、排列、旋转、聚集和移动中的一种或多种。
5.如权利要求4所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述操控纳米粒子旋转的发射频率为0.5～2MHz，电压为200mV～1V；所述操控纳米粒子线性排列的发射频率为2～4MHz，电压为200mV～1V；所述操控纳米粒子聚集的发射频率为4～10MHz，电压为200mV～1V。
6.如权利要求1所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述制备中空多孔的纳米粒子，具体包括：
以聚乙烯吡咯烷酮为表面修饰剂，在乙二醇体系中制备银纳米立方体；
以所述银纳米立方体为模版，加入氯金酸，通过金银置换反应，获得中空多孔的金纳米笼。
7.如权利要求1所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述纳米粒子的粒径为20～500nm。
8.如权利要求1所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述纳米粒子为装载药物的纳米粒子。
9.如权利要求1所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述腔室包括实验腔、人体环境或动物体环境。
10.如权利要求1所述的基于声场操控的纳米粒子靶向递送方法，其特征在于，所述操控系统还包括含高速CCD的光学显微成像系统，所述高速CCD用于记录所述纳米粒子的运动轨迹。
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