專利名稱：引射式氣動(dòng)加速基因微彈方法及其基因槍的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用來(lái)將基因疫苗(又稱DNA疫苗)在體導(dǎo)入人或動(dòng)物的表皮或組織細(xì)胞的方法及該方法的專用設(shè)備。
基因疫苗是新一代疫苗，由來(lái)源于病原體的一個(gè)抗原編碼基因及作為基因載體的質(zhì)粒DNA組成。這段抗原編碼基因可在活體細(xì)胞中控制合成抗原蛋白，從而引起免疫反應(yīng)，是在分子水平上對(duì)病毒進(jìn)行抑制，使之失活，提高人體免疫力，與普通疫苗的區(qū)別在于基因疫苗的抗原蛋白是在免疫對(duì)象的體內(nèi)產(chǎn)生的?；蛞呙绱蜷_(kāi)了通往新的免疫途徑的大門。如何將基因疫苗導(dǎo)入細(xì)胞，并得到有效表達(dá)，是發(fā)揮基因疫苗作用的關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)的方法是用注射器直接將裸DNA的鹽溶液注入動(dòng)物體內(nèi)，通過(guò)對(duì)注射部位的肌肉或皮膚組織造成損傷，如局部冷凍、注射麻醉藥物或蛇毒，使組織處于再生狀態(tài)，就可進(jìn)一步提高DNA的轉(zhuǎn)化率。這種方法用量大，轉(zhuǎn)染率低，還有痛苦，因而急待改進(jìn)。美國(guó)BIO-RAD公司前幾年推出了一種手持式基因槍，其結(jié)構(gòu)及工作原理如


圖1所示，高壓氦氣源1中的氦氣通過(guò)裝彈盤座2，進(jìn)入裝在裝彈盤3中的塑料短管4。裹著基因的微彈5吸附在短管4的內(nèi)壁上。當(dāng)高壓氣體進(jìn)入短管4后，將微彈5吹走，進(jìn)入加速通道6。微彈5在加速通道6中加速后，再經(jīng)過(guò)喇叭形通道8去射擊靶細(xì)胞。調(diào)節(jié)件9既可以定位，又可以調(diào)整射擊距離；O型圈7起密封作用，防止漏氣。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是微彈置于高壓氣體的通道內(nèi)，易于加速和發(fā)散。存在的缺點(diǎn)是制備復(fù)雜，需要專用設(shè)備先將微彈吸附在細(xì)管內(nèi)壁上，再切成標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。同時(shí)，由于管壁的湍流附壁效應(yīng)，往往微彈不能全被吹走，還有殘留。
本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種新型的引射式氣動(dòng)加速基因微彈方法及其基因槍。這種方法不僅可以將微彈加速到足夠高的速度，滿足射擊不同靶細(xì)胞的要求，而且基因微彈制備簡(jiǎn)單，無(wú)需專用設(shè)備。
本發(fā)明提出一種引射式氣動(dòng)加速基因微彈方法，其特征在于包括以下步驟(1)先將高壓氣體進(jìn)行第一次加速，使之成為超音速氣流；(2)再將該超音速氣流進(jìn)行第二次加速，使之進(jìn)一步提高速度；(3)在第一次加速與第二次加速之間，在徑向形成一個(gè)負(fù)壓口，以便微彈從負(fù)壓口引入；(4)微彈從負(fù)壓口引入后隨第二次加速的氣流進(jìn)行加速，使之達(dá)到所需速度后去射擊靶細(xì)胞。
本發(fā)明提出一種采用上述的加速方法的引射式氣動(dòng)基因槍，包括高壓氣源、氣流控制器、加速器、微彈、微彈載片庫(kù)和定位及靶距調(diào)整單元，其特征在于，所說(shuō)的加速器是由連成一體的兩級(jí)氣嘴組成的引射加速器，靠近該二級(jí)氣嘴的入口開(kāi)有一個(gè)徑向的負(fù)壓口；所說(shuō)的微彈設(shè)置在該負(fù)壓口處，通過(guò)負(fù)壓引入所說(shuō)的二級(jí)氣嘴中。
所說(shuō)的一級(jí)氣嘴入口可為圓柱孔，入口直徑可為3～8mm，出口可為圓錐，鍍度可為1∶10～1∶50，最小孔徑可為2～6mm，兩者之間的過(guò)渡可為維多辛斯基曲線構(gòu)成的加速通道；該二級(jí)氣嘴的入、出口都可為錐孔；該負(fù)壓孔直徑可為1～3mm。
所說(shuō)的一級(jí)氣嘴與二級(jí)氣嘴之間可為圓錐面的負(fù)壓通道，間隙可為0.1～0.3mm。
所說(shuō)的微彈可吸附在篩狀微彈載片的細(xì)網(wǎng)上，所說(shuō)的載片可放置在圓盤狀的微彈載片庫(kù)上。
所說(shuō)的靶位定位器可為側(cè)面對(duì)稱開(kāi)孔的便于超音速氣流擴(kuò)散的小圓環(huán)。
所說(shuō)的氣流控制器可包括根據(jù)需要選擇高壓氣源輸出的壓力調(diào)壓閥、控制高壓氣體通與斷的電磁閥和控制電磁閥通斷時(shí)間的控制電路。
所說(shuō)的時(shí)間控制器可由啟動(dòng)按鈕、時(shí)間可選擇開(kāi)關(guān)、定時(shí)器和電子開(kāi)關(guān)組成。
本發(fā)明所說(shuō)的載片庫(kù)一次能放置多片，可以根據(jù)設(shè)計(jì)任意選擇，將載有所需發(fā)射微彈的載片準(zhǔn)確地定位在待射位置上(正對(duì)并緊貼著負(fù)壓吸入口)。
本發(fā)明提供的這種引射式氣動(dòng)微彈加速方法及專用于該方法的基因槍，它能在體操作，將裹著基因的金微粒加速，使之獲得足夠的動(dòng)能，射擊靶細(xì)胞，將外源基因?qū)爰?xì)胞。本發(fā)明可以通過(guò)氣流控制單元調(diào)整氣壓的大小和通氣時(shí)間來(lái)控制微彈的射擊速度和射擊時(shí)間，滿足不同靶細(xì)胞的要求，只需將微彈吸附在篩狀載片上，無(wú)需專用設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，具有靈活、簡(jiǎn)便和效率高等優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
圖1為已有的氣動(dòng)基因槍結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2為本發(fā)明的一種實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明的引射式氣動(dòng)微彈加速原理示意圖。
圖4為本實(shí)施例微彈載片庫(kù)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本實(shí)施例微彈載片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6為本實(shí)施例電磁閥通斷時(shí)間控制電路原理圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)采用本發(fā)明的引射式氣動(dòng)微彈加速方法的引射式氣動(dòng)基因槍的實(shí)施例加以說(shuō)明。
本實(shí)施例由高壓氣源、氣流控制單元、引射加速器、微彈、微彈載片庫(kù)和定位及靶距調(diào)整單元組成，如圖2所示。其中，高壓氣源10是市場(chǎng)上的高壓氦氣氣瓶，氣流控制單元由調(diào)壓閥11，電磁閥14和時(shí)間控制器25組成，引射加速器由一級(jí)氣嘴15，O型圈17，二級(jí)氣嘴18、負(fù)壓氣嘴19和微彈載片21組成；微彈載片庫(kù)由載片庫(kù)圓盤座16和載片庫(kù)圓盤22等組成(具體結(jié)構(gòu)如圖4所示)，定位及靶距調(diào)整單元由靶距調(diào)整件23和定位器24組成。各部件的連接關(guān)系為高壓氣源10與調(diào)壓閥11相連，調(diào)壓閥11通過(guò)高壓氣管12和管接頭13與電磁閥14相接，電磁閥14與時(shí)間控制器25相連并受其控制，一級(jí)氣嘴15直接與電磁閥14相接，二級(jí)氣嘴與一級(jí)氣嘴相連，靶距調(diào)整件23與二級(jí)氣嘴18相連，定位器24與靶距調(diào)整件23相連，微彈載片庫(kù)與一級(jí)氣嘴15相連，載有需要發(fā)射微彈20的微彈載片21定位在緊貼負(fù)壓氣嘴19的位置上。
本實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)方法為將制備好的裹著基因的微彈20吸附在微彈載片21上，放置在載片庫(kù)圓盤22中，定位在負(fù)壓氣嘴19的正上方且緊貼著。用靶位定位器24將本發(fā)明的實(shí)施例基因槍定位在所要射擊靶位上，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥11，把輸出高壓氣體調(diào)到所需要的壓力上，將時(shí)間控制器25選擇在所需要的時(shí)間上，按下啟動(dòng)按鈕(見(jiàn)圖6)，電磁閥14打開(kāi)，高壓氣體進(jìn)入一級(jí)氣嘴15。高壓氣體通過(guò)一級(jí)氣嘴15后，加速成超音速氣流，進(jìn)入二級(jí)氣嘴18，在負(fù)壓氣嘴19產(chǎn)生負(fù)壓。吸附在微彈載片21上的微彈20在負(fù)壓的作用下，脫離載片20，從負(fù)壓氣嘴19引入，通過(guò)一級(jí)氣嘴15與二級(jí)氣嘴18之間的負(fù)壓通道，進(jìn)入二級(jí)氣嘴18的加速通道，隨超音速氣流被加速，達(dá)到預(yù)定理想的速度后去射擊靶細(xì)胞。調(diào)節(jié)調(diào)壓閥11，可以選擇不同壓力的高壓氣體，使微彈20獲得不同的速度，滿足不同靶細(xì)胞的射擊要求。通過(guò)時(shí)間控制器25選擇電磁閥14不同的通斷時(shí)間，可以提高射擊效果。微彈載片庫(kù)一次可以放置6-12個(gè)載片，轉(zhuǎn)動(dòng)載片圓盤22，可以任意選擇所需要的載片，將之定位在負(fù)壓氣嘴19上面。射擊一次，轉(zhuǎn)動(dòng)一次圓盤22，換一種載片，可以連續(xù)射擊。調(diào)節(jié)定位器24，可以改變微彈20的射擊距離，調(diào)節(jié)距離可為10-30mm，獲得不同的射擊效果。
本實(shí)施例各部分組成及功能分別詳細(xì)說(shuō)明如下本實(shí)施例的引射加速器如圖3所示，它由一級(jí)氣嘴15，O型圈17，二級(jí)氣嘴18和負(fù)壓氣嘴19組成。二級(jí)氣嘴18與一級(jí)氣嘴15相連，O型圈17位于兩級(jí)氣嘴之間，起密封作用。工作時(shí)，吸附微彈20的微彈載片貼在負(fù)壓氣嘴19上。其工作原理是，一級(jí)氣嘴15的入口為圓孔，直徑可為3-8mm，高壓氣體進(jìn)入一級(jí)氣嘴15后，通過(guò)其中的形狀為維多辛斯基曲線的加速通道部分后加速成超音速氣流，經(jīng)錐度可為1∶10-1∶50和最小口徑可為2-6mm的錐孔進(jìn)入二級(jí)氣嘴18。進(jìn)入二級(jí)氣嘴18后，在入口的負(fù)壓口形成負(fù)壓，負(fù)壓口直徑可為1-3mm，微彈載片21貼著負(fù)壓氣嘴19，吸附在載片21上的微彈20在負(fù)壓的作用下被吸入，經(jīng)過(guò)一級(jí)氣嘴和二級(jí)氣嘴之間間隙可為0.1-0.3mm的負(fù)壓通道后，進(jìn)入二級(jí)氣嘴18的加速通道加速。
本實(shí)施例的微彈載片庫(kù)如圖4所示，它由微彈載片庫(kù)基座16、彈簧26、鋼球27、短軸28、螺母29、墊片30、圓盤22、螺釘31、墊片32、壓簧片33和微彈載片21組成。載片庫(kù)基座16安裝在一級(jí)氣嘴15上，彈簧26安裝在載片基座16的小孔內(nèi)，鋼珠27放在彈簧26上。短軸28安裝在載片庫(kù)基座16上，圓盤22安裝在短軸28上，墊片30通過(guò)短軸28安裝在圓盤22上，螺母29安裝在短軸28上，用于調(diào)節(jié)圓盤22的軸向間隙，保證轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、平穩(wěn)。微彈載片21安放在圓盤22的臺(tái)階孔內(nèi)，圓盤22上有多個(gè)臺(tái)階孔(具體由設(shè)計(jì)時(shí)定)，一次可以放置多個(gè)微彈載片。墊片32和壓簧片33通過(guò)螺釘31安裝在圓盤22上，壓簧片33壓住微彈載片21，使之不動(dòng)。壓簧片33可以轉(zhuǎn)動(dòng)，便于微彈載片21的裝卸，調(diào)整墊片32的厚度，可以改變壓簧33的壓力。在圓盤22的臺(tái)階孔小孔面上有多個(gè)小凹窩(與可放置的微彈載片數(shù)對(duì)應(yīng))，每個(gè)凹窩都與一個(gè)臺(tái)階孔對(duì)應(yīng)，即對(duì)應(yīng)一個(gè)微彈載片的位置。在安裝圓盤22時(shí)，使鋼珠27正好嵌入一個(gè)小凹窩內(nèi)，調(diào)整彈簧26，使圓盤22轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，又保證鋼珠27能起定位作用?？梢愿鶕?jù)需要轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤22，使待發(fā)射的微彈載片21定位在發(fā)射工位上。
本實(shí)施例的微彈載片21的結(jié)構(gòu)如圖5所示，它由大圓片34、細(xì)網(wǎng)35和小圓片36組成，兩種圓片中間都有圓孔，細(xì)網(wǎng)35放在大圓片34和小圓片36之間，三者全為不銹鋼材料，焊成一體。
本實(shí)施例氣流時(shí)間控制器用硬件實(shí)現(xiàn)，如圖6所示，它由啟動(dòng)按鈕、時(shí)間可選擇開(kāi)關(guān)、定時(shí)器、電子開(kāi)關(guān)組成。時(shí)間選擇開(kāi)關(guān)與定時(shí)器相連，將定時(shí)器設(shè)定在所需要的時(shí)間上；啟動(dòng)按鈕與定時(shí)器相連，啟動(dòng)定時(shí)器工作；定時(shí)器與電子開(kāi)關(guān)相連，控制電子開(kāi)關(guān)的工作。工作時(shí)，通過(guò)時(shí)間選擇開(kāi)關(guān)選定所需時(shí)間，按下啟動(dòng)按鈕，定時(shí)器工作，輸出一個(gè)信號(hào)，打開(kāi)電子開(kāi)關(guān)，接通電磁閥14的電源，電磁閥14打開(kāi)高壓氣體流過(guò)，進(jìn)入一級(jí)氣嘴15。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器又發(fā)出一個(gè)信號(hào)，關(guān)閉電子開(kāi)關(guān)，切斷電磁閥15的電源，電磁閥關(guān)閉，高壓氣流切斷。
權(quán)利要求
1.一種引射式氣動(dòng)加速基因微彈方法，其特征在于包括以下步驟(1)先將高壓氣體進(jìn)行第一次加速，使之成為超音速氣流；(2)再將該超音速氣流進(jìn)行第二次加速，使之進(jìn)一步提高速度；(3)在第一次加速與第二次加速之間，在徑向形成一個(gè)負(fù)壓口，以便微彈從負(fù)壓口引入；(4)微彈從負(fù)壓口引入后隨第二次加速的氣流進(jìn)行加速，使之達(dá)到所需速度后去射擊靶細(xì)胞。
2.一種采用按照權(quán)利要求1所述的加速方法的引射式氣動(dòng)基因槍，包括高壓氣源、氣流控制器、加速器、微彈和定位及靶距調(diào)整單元，其特征在于，所說(shuō)的加速器是由連成一體的兩級(jí)氣嘴組成的引射加速器，靠近該二級(jí)氣嘴的入口開(kāi)有一個(gè)徑向的負(fù)壓口；所說(shuō)的微彈設(shè)置在該負(fù)壓口處，通過(guò)負(fù)壓引入所說(shuō)的二級(jí)氣嘴中。
3.按照權(quán)利要求2所述的引射式氣動(dòng)基因槍，其特征在于，所說(shuō)的一級(jí)氣嘴入口為圓柱孔，入口直徑為3～8mm，出口為圓錐，鍍度為1∶10～1∶50，最小孔徑為2～6mm，兩者之間的過(guò)渡為維多辛斯基曲線構(gòu)成的加速通道；該二級(jí)氣嘴的入、出口都為錐孔；該負(fù)壓孔直徑為1～3mm。
4.按照權(quán)利要求2所述的引射式氣動(dòng)基因槍，其特征在于，所說(shuō)的一級(jí)氣嘴與二級(jí)氣嘴之間為圓錐面的負(fù)壓通道，間隙為0.1～0.3mm。
5.按照權(quán)利要求2所述的引射式氣動(dòng)基因槍，其特征在于，所說(shuō)的微彈吸附在篩狀微彈載片的細(xì)網(wǎng)上，所說(shuō)的載片放置在圓盤狀的微彈載片庫(kù)上。
6.按照權(quán)利要求2所述的引射式氣動(dòng)基因槍，其特征在于，所說(shuō)的靶位定位器為側(cè)面對(duì)稱開(kāi)孔的便于超音速氣流擴(kuò)散的小圓環(huán)。
7.按照權(quán)利要求2所述的引射式氣動(dòng)基因槍，其特征在于，所說(shuō)的氣流控制器包括根據(jù)需要選擇高壓氣源輸出的壓力調(diào)壓閥、控制高壓氣體通與斷的電磁閥和控制電磁閥通斷時(shí)間的控制電路。
8.按照權(quán)利要求7所述的引射式氣動(dòng)基因槍，其特征在于，所說(shuō)的時(shí)間控制器由啟動(dòng)按鈕、時(shí)間選擇開(kāi)關(guān)、定時(shí)器和電子開(kāi)關(guān)組成。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域,首先將高壓氣體進(jìn)行第一次加速,使之成為超音速氣流;再將該超音速氣流進(jìn)行第二次加速,使之進(jìn)一步提高速度;在第一次加速與第二次加速之間,在徑向形成一個(gè)負(fù)壓口,以便微彈從負(fù)壓口引入;微彈從負(fù)壓口引入后隨第二次加速的氣流進(jìn)行加速,使之達(dá)到所需速度后去射擊靶細(xì)胞。本方法不僅可以將微彈加速到足夠高的速度,滿足射擊不同靶細(xì)胞的要求,而且基因微彈制備簡(jiǎn)單,無(wú)需專用設(shè)備。
文檔編號(hào)C12N15/87GK1284383SQ0012280
公開(kāi)日2001年2月21日 申請(qǐng)日期2000年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月25日
發(fā)明者余興龍, 張錫文, 郝鵬飛, 王媛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)