CN101987218B

CN101987218B - 传输装置

Info

Publication number: CN101987218B
Application number: CN 200910161291
Authority: CN
Inventors: 陈建龙; 陈正宪; 吴彰哲; 黄瀚宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Chen Jianlong
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2009-07-30
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: CN101987218A

Abstract

本发明公开一种传输装置，其将一物质以物理性的方式传输至一目标，所述传输装置包含：一输入模块，其传输一传载流体；一传输模块，其与输入模块连结，且传输模块内存有所述物质，且传输模块接收传载流体以雾化物质并与物质混合；以及一输出模块，其具有一第一开口与一第二开口，第一开口的口径尺寸大于第二开口的口径尺寸，且物质与传载流体的混合经由第一开口进入输出模块并经由第二开口输出输出模块。

Description

传输装置

技术领域

本发明关于一种传输装置，其可通过物理性的方式以使物质传输至细胞内。

背景技术

经皮给药方式有许多种，包括利用物理原理、机械原理或两者组合的方式，举例来说，较为常见的经皮给药方式包含有电穿孔、微注射...等方法，其目的在于直接将药物导入皮肤表层，不过目前这些物理性的给药方式的稳定性与成功率都偏低，而且操作难度颇高，尚不能广泛地应用。近年来，基因枪的研究已经成为物理性基因转殖技术的主要潮流，原因在于基因枪可克服以往其它方法无法有效携带物质至细胞的困境，因而使基因转殖技术临床化使用往前迈进一步。

更详细来说，基因枪方法是利用携带着生物材质(例如：DNA)的载体(例如：金粒)，以高速射击的方式进入生物细胞，达到基因转殖的目的，且上述基因枪技术已经广泛地应用于许多研究开发的领域，其中常见的领域包含有植物系统、哺乳动物的体细胞、基因治疗，乃至于最近的脱氧核糖核酸(DNA)疫苗研究系统。

以实例来说明，基因枪可将携带有DNA的载体置于一管体(cartridge)上，并利用瞬间高压气流以产生震波，以使管体内加速直至碰到一阻挡物而瞬间停止，不过由于管体上的DNA会因惯性力的作用继续高速前进，因而进入生物体内。不过，此类型的基因枪最大的缺点在于噪音太大，且震波所产生的高速高压气体很容易杀死目标细胞，并须消耗大量价格高昂的氦气与载体(通常是金粒)。

另外，还有一种利用低压气体加速的基因枪给药方式，其直接或间接地将携带有DNA的液体(含有纳米粒子的悬浮液体)注入收缩-扩张式的喷嘴内，再以瞬间低压气流经喷嘴带动液体进入生物体内。虽然此类型的基因枪可克服习知基因枪所遭遇的瓶颈，不过，由于习知的基因枪在样品进入至其喷嘴之前以紊流(turbulence)方式流动，故样品容易因为与管壁碰撞而凝结于其表面上，且又由于喷嘴本身结构的设计具有死角，同时低压气体所提供的动能较低因此无法有效地将残留于管壁上的样品带出，是以对于习知低压气体加速的基因枪而言，其最大的缺点在于液体容易残留喷嘴管壁内造成无法定量及连续性操作。

据此，本发明提供一种传输装置以解决现有技术中所遭遇的瓶颈。

发明内容

本发明的目的是提供一种传输装置，其是以流体力学理论所设计的物理性药物传输系统，该传输系统利用两个以上的流体回路使压缩气体(空气)或惰性气体(例如：氮气、氦气)在一定的压力下与含有生物性材质(例如：DNA、RNA、病毒体、化学药物...等)或生化性材质的液态、固态微粒相互混合成两相的流体，以瞬间大于每秒343米的速度，使生物性材质能穿过生物体的表层结构或细胞膜，进入细胞质或细胞核中，达到生物细胞的表现特殊外来蛋白质。

本发明的目的是提供一种传输装置，其将一物质以物理性的方式传输至一目标，所述传输装置包含：一输入模块，其传输一传载流体；一传输模块，其与输入模块连结，且传输模块内存有所述物质，且传输模块接收传载流体以雾化物质并与物质混合；以及一输出模块，其具有一第一开口与一第二开口，第一开口的口径尺寸大于第二开口的口径尺寸，且物质与传载流体的混合经由第一开口进入输出模块并经由第二开口输出输出模块。

本发明所公开的一种传输装置，其将一固态物质以物理性的方式传输至一目标，所述传输装置包含：一输入模块，其传输一传载流体；一混合单元，其与输入模块连结，混合单元内存有所述固态物质，且混合单元接收传输气体，并将固态物质与传输气体混合；以及一输出模块，其具有一第一开口与一第二开口，第一开口的口径尺寸大于第二开口的口径尺寸，且固态物质与传载流体的混合经由第一开口进入输出模块并经由第二开口输出输出模块。

本发明所公开的一种传输装置，其将一非固态物质以物理性的方式传输至一目标，所述传输装置包含：一输入模块，其传输一传载流体；一雾化单元，其连结于输入模块，雾化单元用以储存所述非固态物质并利用传载流体以雾化非固态物质；一混合单元，其连结于输入模块、雾化单元及输出单元，混合单元利用传载流体以混合已雾化的非固态物质及传载流体；一输出模块，其具有一第一开口与一第二开口，第一开口的口径尺寸大于第二开口的口径尺寸，且非固态物质与传载流体的混合经由第一开口进入输出模块并经由第二开口输出输出模块。

综上所述可知，本发明所公开的传输装置可通过雾化以改变流体(包含：液体、气体、胶体...等)的粒径，并同时通过混合单元，以使雾化的物质或是500微米以内固态粒子可与传载流体混合，使两相不同的物质均匀混合或造成悬浮状态后，再以喷嘴的设计与操作方式的改变，能够利用一定气压(例如：10kg/cm²)的条件产生瞬间极高速的流体及瞬间零下温度，使两相混合样本被加速到极高的速度及瞬间相的变化(液相至固相的变化，其中的固相系包含有冰晶、冰针...等形态)，穿过生物或细胞的表层以进入细胞内，达到传输的目的。与习知技术相比，本发明除了使含有生物性材质(如DNA、RNA、蛋白质、病毒体、化学药物...等)的样本可采用液态溶液或是500微米以内的固态粒子以提高使用便利性外，也可降低在传统载体(金粒)的应用上备制的难度，减少对生物性材质的破坏及目标(例如：标的细胞)的伤害，并提高其使用的安全行性及可靠性。

附图说明

图1为本发明所公开的一种传输装置的实施方式；

图2为本发明的传输装置中导引单元与输出模块的结构示意图；

图3为输出模块内部的温度梯度的曲线图；

图4为本发明的传输装置应用于固态物质的一种实施方式；

图5为本发明的传输装置中混合单元的内部结构示意图；

图6为本发明的传输装置应用于非固态物质的一种实施方式；

图7为本发明的传输装置中电子震荡式雾化器的内部结构示意图；以及

图8为本发明的传输装置中二流体式雾化器的内部结构示意图。

元件符号说明：

1：传输装置

12：输入模块

121：过滤器

122：过滤器

123：蓄压单元

14：传输模块

14b：传输模块

141：混合单元

142：雾化单元

16：输出模块

161：第一开口

162：第二开口

163：喉部

18：导引单元

A1：导角的锥度

A2：第二开口的锥度

D：导引单元的开口口径

d：喉部口径

L1：间距

L2：间距

L3：间距

具体实施方式

为提高生物性材质样本的使用便利性及输出剂量的控制度，同时为降低传统载体备制的难度、减少对生物性材质的破坏及对目标可能造成的伤害，并提高其使用的安全性及可靠性，本发明公开一种传输装置。下面，同时提供详细的文字说明与附图，以辅助说明本发明的技术特征。

首先，请参考图1所示，其为本发明所公开的一种传输装置的实施方式，其中，所述传输装置1将一物质以物理性的方式传输至一目标，所述传输装置1包含一输入模块12、一传输模块14及一输出模块16。所述输入模块12传输一传载流体；传输模块14与输入模块12连结，且传输模块14内存有所述物质，且传输模块14接收传载流体以雾化物质并与物质混合；所述输出模块16具有一第一开口161与一第二开口162，第一开口161的口径尺寸大于第二开口162的口径尺寸，且物质与传载流体的混合经由第一开口161进入输出模块16并经由第二开口162输出输出模块16。其中，物质经由雾化后的粒径小于等于500微米，且上述目标包含细胞及组织。

另外，所述传输装置1还包含一控制模块(图未显示)，其与输入模块12、传输模块14及输出模块16连结，更详细来说，所述控制模块与所有的模块电连接，因此控制模块控制传载流体及物质在输入模块12、传输模块14及输出模块16内的传输速率及时间。以本实施方式为例，控制模块可为逻辑电路，其控制该传输气体在输入模块12、传输模块14及输出模块16内的传输速率及时间。

仍以本实施方式为例，所述输入模块12包含有一蓄压单元123(例如：气体蓄压槽)，其用以储存传载流体，而逻辑电路则用以控制传输气体在输入模块12、传输模块14及输出模块16内的传输速率及时间。更详细来说，输入模块12的基本设计除了有一组以上的蓄压单元123外，为过滤传载流体内的杂质，所述输入模块12还包含有两组以上过滤器121、122(过滤程度在0.5微米以下)，而控制模块则包含多组的机械式或电子式的控制阀门与耐高压的管路的组合。其目的在于利用精密逻辑电子回路来控制各部件的作动及气流回路顺序，其中推动的动力气源是搭配一般的空气压缩机、气体制造机或补充式高压气钢瓶。

另外，本发明所公开的输出模块16与传输模块14之间还连结一导引单元18，其中输出模块16的设计主要是为了可同时用于处理两相(two-phase)的物质，以使两相物质达到混合及传递目的。更详细来说，如本实施方式所示，其中以喷嘴为例说明输出模块16，且所述输出模块16(亦即，喷嘴)具有第一开口161、第二开口162及位于两者之间的喉部163。

而如图2所示，其为本发明的传输装置中导引单元与输出模块的结构示意图。所述导引单元18连结于输出模块16的第一开口161。在结构的设计上，导引单元18的开口口径D为输出模块16中喉部口径d的3倍，而导引单元18的长度L3大于等于输出模块16中第二开口162与喉部163之间的间距L1，且导引单元18与输出模块16的连结处具有一导角的设计，而导角的锥度A1大约为输出模块16中第二开口162的锥度A2的9至45倍，举例来说，当第二开口162的锥度A2为1/2倍的喉部口径d(1/2d)至1/3倍的喉部口径d(1/3d)时，则导角的锥度A1则可设计介于3倍的喉部口径d(3d)至15倍的喉部口径d(15d)，而这样的设计一方面可有助于让推动的动力气源(也就是传载流体)与雾化后的物质(包含非固态的粒子或是悬浮的固态粒子)能在导引单元18中稳定交互作用，其原因是由于传载流体与物质之间的质量密度相差甚大，因此，在同样的压力梯度下，传载流体的加速(或减速)效应远比物质来得显著，而另一方面则有助于通过导角的设计，来使稳定交互作用后的两相(传载流体与物质)可顺着导角流入输出模块16的第一开口161，而不会因紊流而在导引单元18的管壁上产生残留。

更详细来说，所述第一开口161与喉部163之间的间距L2大于等于第二开口162与喉部163之间的间距L1，且第二开口162与喉部163之间的间距L1介于3倍至10倍的喉部口径d。以实际的应用而言，上述喷嘴可以拉瓦尔喷嘴(Laval Nozzle)为基础，其利用极精确的几何形状以设计出收缩-扩张(converging-diverging)管道，以使传载流体的速度在第二开口162处瞬间获得超音速的速度，并利用传载流体的速度以将其势能转化为动能，使得传载流体在第二开口162处的瞬间获得急遽下降的温度，而输出模块16内部的温度梯度曲线系如图3所示，其中X轴表示输出模块16(喷嘴)内部的位置、Y轴表示温度，因此，混合后的雾化物质与传载流体可通过环境的湿度与急遽下降的温度而形成冰晶或冰针，以达到传输的目的。

此外，在喷嘴的收缩段中(也就是第一开口161至喉部163之间)，压力梯度为正向(亦即，与流动方向相同)，传载流体的加速度比物质更大，因此，传载流体的运动速度将高于物质，相反地，在喷嘴的扩张段中(也就是喉部163至第二开口162之间)，压力梯度的方向与流动方向相反，传载流体的减速效应将使传载流体的运动速度小于物质速度。尤其当喉部163下游的扩张段中出现震波时，此减速现象更为显著。

因此，输出模块16在设计时考虑两相流体间的交互作用，使传载流体的压力及速度在喉部163分别达到极小和极大值。当流场中传载流体逐渐加速而达到临界状态时，喉部163会产生阻流(choking)现象；压力及两相(包含传载流体及物质)的速度在喉部163以前均固定不再改变，同时传载流体通过喉部163进入扩张段时，速度不减反增，在喉部163的稍下游处达到最大值，达到超音速状态。

而所述传输模块14依据所输入的物质相态不同而有所不同，而所述物质选自于固态物质、非固态物质及其组合，因此以下将以固态物质与非固态物质两种实施方式为例加以详细说明。

首先以固态物质为例，请同时参考图4与图5所示，其中图4为本发明的传输装置应用于固态物质的一种实施方式，图5则为混合单元的内部结构的示意图。本实施方式的传输装置1a将一固态物质以物理性的方式传输至一目标，所述传输装置1a包含一输入模块12、一混合单元141及一输出模块16。其中，输入模块12传输一传载流体；混合单元141与输入模块12连结，混合单元141内存有所述固态物质，且混合单元141接收传输气体，并将固态物质与传输气体混合；输出模块16具有一第一开口161与一第二开口162，第一开口161的口径尺寸大于第二开口162的口径尺寸，且固态物质与传载流体的混合经由第一开口161进入输出模块16并经由第二开口162输出输出模块16。明显地，在用以传输固态物质的传输装置1a中，由于固态物质不需要额外雾化，因此固态物质可直接储存于混合单元141内。其中，上述目标包含细胞及组织。

不过值得注意的是，在此所述的混合单元141除了可混合固态物质与传载流体之外，其还使混合均匀的固态物质与传载流体呈现悬浮状态，如此可使固态物质与传载流体在输出之前，可悬浮于混合单元141内而不至于沉淀在混合单元141的底部，且所述混合单元141的内部结构可如图5所示；另外，用以输出混合均匀的固态物质与传载流体的方式可以是机械式或电子式的控制阀门与推动的动力气源以相互混合并从混合单元141导出。

再者，当所述物质为非固态物质时，本发明所公开的传输装置的实施方式如图6所示。所述传输装置1b包含有一输入模块12、一传输模块14b(包含有一雾化单元142及一混合单元141)及一输出模块16；输入模块12传输一传载流体；雾化单元142连结于输入模块12，雾化单元142用以储存所述非固态物质并利用传载流体以雾化非固态物质；混合单元141连结于输入模块12、雾化单元142及输出单元16，混合单元141利用传载流体以混合已雾化的非固态物质及传载流体；输出模块16具有一第一开口161与一第二开口162，第一开口161的口径尺寸大于第二开口162的口径尺寸，且非固态物质与传载流体的混合经由第一开口161进入输出模块16并经由第二开口162输出输出模块16。其中，物质经由雾化单元雾化后的粒径小于等于500微米，且上述目标包含细胞及组织。与上述实施方式不同的是，本实施方式中的物质为非固态物质，其中包含有液态物质、气态物质及胶态物质，为使上述的非固态物质的粒子大小得以物理性地缩小，在与传载流体混合前，必须先经过雾化单元142以将非固态物质进行雾化，而所述雾化单元142可为电子震荡式雾化器、二流体式雾化器或液压式雾化器，其中电子震荡式雾化器及二流体式雾化器的内部结构示意图分别在图7和图8中显示。

更详细来说，当雾化单元142为电子震荡式雾化器142a时(如图7所示)，由于电子震荡式雾化器142a的流体雾化机制是利用电子震荡原理，因此运用压电水晶体震荡器以产生高频率震波(超音波)，以将流体雾化成极小的雾状粒子，并通过隔水震荡的模式，也就是将流体容置于一容器中，以水为介质且利用电子震荡产生高频率震波(超音波)两者产生共震方式，以使流体变成雾状的雾粒子，值得一提的是，通过上述方式所构成的雾化粒径的大小约0.5至6微米。不过，利用上述方式的流体必须是能导电的流体。

当雾化单元142为二流体式雾化器142b时(如图8所示)，由于二流体式雾化器142b的液态雾化机制是利用压缩的传载流体(例如：空气)高速流动的原理及伯努利定律，通过运用流体的流速与压力使传载流体与非固态物质经输出模块16(例如：喷嘴)将非固态物质与传载流体的混合物雾化成极小的雾状粒子，其雾化粒径的大小约10.0微米。

不过由于二流体式雾化器142b的液态雾化机制在非固态物质的装载容器结构上又分为平行式及垂直式两种模式。其中，平行式模式是利用压缩的传载流体在高速流动的状态下，通过压缩的传载流体经输出模块16(在此以喷嘴为例)时，由于传载流体经过输出模块16时会瞬间产生真空，再加上压缩的传载流体充击以使非固态物质在容器内产生扰流，进而将非固态物质引导出来，最后使两相混合形成二流体，因此经由输出模块16所输出的非固态物质会雾化而形成极小的雾状粒子。另外，垂直式模式是利用伯努利定律中流速大之处压力小的原理，因此，传载流体由于急速流出造成流出口的压力小，进而使非固态物质被吸引，并经由输出模块16而使非固态物质雾化形成极小的雾状粒子。

另外，当雾化单元142为液压式雾化器(图未显示)时，由于液压式雾化器利用外力以对非固态物质进行加压，通过此外加的压力差使非固态物质可在经过输出单元时直接被雾化而形成极小的雾状粒子。

承上所述可知，本发明所公开的传输装置可通过雾化来改变流体(包含：液体、气体、胶体...等)的粒径，并同时通过混合单元，来使雾化的物质或是500微米以内的固态粒子可与传载流体混合，使两相不同的物质均匀混合或造成悬浮状态后，再以喷嘴的设计与操作方式的改变，能够在一定气压(例如：10kg/cm²)的条件下产生瞬间极高速的流体及瞬间零下温度，使两相混合样本被加速到极高的速度及瞬间相的变化(液相至固相的变化，其中的固相系包含有冰晶、冰针...等形态)，穿过生物或细胞的表层以进入细胞内，达到传输的目的。

以上所述仅为举例性，而非为限制性的。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于所附的权利要求范围中。

Claims

1.一种传输装置，其将一物质以物理性的方式传输至一目标，且能够通过一定气压的条件产生瞬间极高速的流体及瞬间零下温度，使该物质被加速到极高的速度及瞬间相的变化，穿过生物或细胞的表层以进入细胞内，达到传输的目的，该传输装置包含：

一输入模块，其传输一传载流体；

一传输模块，其与该输入模块连结，且该传输模块内存有该物质，且该传输模块接收该传载流体以雾化该物质并与该物质混合，其中该物质为液态物质；

一输出模块，其具有一第一开口与一第二开口，该第一开口的口径尺寸大于该第二开口的口径尺寸，且该物质与该传载流体的混合经由该第一开口进入该输出模块并经由该第二开口输出该输出模块；以及

一控制模块，其与该输入模块、该传输模块及该输出模块连结，该控制模块控制该传载流体及该物质于该输入模块、该传输模块及该输出模块内的传输速率及时间。

2.如权利要求1所述的传输装置，其中该目标包含细胞及组织。

3.如权利要求1所述的传输装置，其中该传载流体为惰性气体或空气。

4.如权利要求1所述的传输装置，其中该传输模块包含：

一雾化单元，其连结于该输入模块，该雾化单元用以储存该物质并通过该传载流体以雾化该物质；以及

一混合单元，其连结于该输入模块、该雾化单元及该输出模块，该混合单元通过该传载流体以混合已雾化的该物质及该传载流体；其中，该物质为非固态物质。

5.如权利要求4所述的传输装置，其中该雾化单元为电子震荡式雾化器、二流体式雾化器或液压式雾化器。

6.如权利要求4所述的传输装置，其中该物质经由该雾化单元雾化后的粒径小于等于500微米。

7.如权利要求1所述的传输装置，其中该控制模块为逻辑电路。

8.如权利要求1所述的传输装置，其中该输入模块还包含：一蓄压单元，其用以储存该传载流体。

9.如权利要求1所述的传输装置，其中该传载流体进入至该传输模块之前还经过过滤处理。

10.如权利要求1所述的传输装置，其中该输出模块与该传输模块之间还设置有一导引单元。

11.如权利要求10所述的传输装置，其中混合的该物质及该传载流体经过该导引单元，并再次进行混合。

12.如权利要求10所述的传输装置，其中该导引单元与该输出模块的连结处具有一导角。

13.如权利要求1所述的传输装置，其中该输出模块的该第一开口与该第二开口之间还具有一喉部。

14.如权利要求13所述的传输装置，其中该喉部至该第二开口的间距小于等于该喉部至该第一开口的间距。

15.如权利要求13所述的传输装置，其中该喉部至该第二开口的间距介于该喉部口径的三倍至十倍之间。

16.如权利要求13所述的传输装置，其中该第一开口的口径大于等于该喉部的口径。

17.如权利要求13所述的传输装置，其中混合的该物质及该传载流体经过该喉部，并再次进行雾化。

18.如权利要求1所述的传输装置，其中该输出模块为喷嘴。

19.一种传输装置，其将一非固态物质以物理性的方式传输至一目标，且能够通过一定气压的条件产生瞬间极高速的流体及瞬间零下温度，使该非固态物质被加速到极高的速度及瞬间相的变化，穿过生物或细胞的表层以进入细胞内，达到传输的目的，该传输装置包含：

一输入模块，其传输一传载流体；

一雾化单元，其连结于该输入模块，该雾化单元用以储存该非固态物质并通过该传载流体以雾化该非固态物质，其中该非固态物质为液态物质；

一输出模块，其具有一第一开口与一第二开口，该第一开口的口径尺寸大于该第二开口的口径尺寸，且该非固态物质与该传载流体的混合经由该第一开口进入该输出模块并经由该第二开口输出该输出模块；

一混合单元，其连结于该输入模块、该雾化单元及该输出模块，该混合单元通过该传载流体以混合已雾化的该非固态物质及该传载流体；以及

一控制模块，其与该输入模块、该混合单元及该输出模块连结，该控制模块控制该传载流体及该非固态物质于该输入模块、该混合单元及该输出模块内的传输速率及时间。

20.如权利要求19所述的传输装置，其中该目标包含细胞及组织。

21.如权利要求19所述的传输装置，其中该非固态物质经由该雾化单元雾化后的粒径小于等于500微米。

22.如权利要求19所述的传输装置，其中该雾化单元为电子震荡式雾化器、二流体式雾化器或液压式雾化器。

23.如权利要求19所述的传输装置，其中该输出模块与该混合单元之间还设置有一导引单元。

24.如权利要求23所述的传输装置，其中该导引单元与该输出模块的连结处具有一导角。

25.如权利要求19所述的传输装置，其中该输出模块的该第一开口与该第二开口之间还具有一喉部。

26.如权利要求25所述的传输装置，其中该喉部至该第二开口的间距小于等于该喉部至该第一开口的间距。

27.如权利要求25所述的传输装置，其中该喉部至该第二开口的间距介于该喉部口径的三倍至十倍之间。

28.如权利要求25所述的传输装置，其中该第一开口的口径大于等于该喉部的口径。

29.如权利要求19所述的传输装置，其中该输出模块为喷嘴。