СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ЖИДКОГО ВЕЩЕСТВА В МИКРОКАПСУЛЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF LIQUID SUBSTANCE INTRODUCTION IN MICROCAPSULES AND RELATED DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области биотехнологий и предназначено для введения порций жидких лекарственных составов и активных веществ одновременно большому числу живых микроорганизмов.
В последнее время возникла необходимость в целенаправленной доставке лекарственных препаратов к органам человека, пораженным, например, раком. Доставка может осуществляться разными способами, например через прокалывание иглой, которая достигает пораженного органа, путем перемещения ферромагнитных микрокапсул по кровеносным сосудам магнитным полем. В качестве носителей лекарственных препаратов можно использовать синтетические микрокапсулы с тонкими полимерными стенками или живые микроорганизмы, являющиеся природными микрокапсулами. Последний метод позволяет по кровеносным сосудам адресно доставить лекарственный препарат в нужное место живого организма, например человека, где микроорганизмы-капсулы со временем распадаются и выносятся вместе с продуктами метаболизма. Для осуществления этого метода необходимо произвести введение лекарств очень большому числу микроорганизмов. Здесь их число должно составлять миллионы и десятки миллионов штук, что требует организации поточного процесса введения инъекций большому числу микроорганизмов.
В патентной литературе имеются сведения о способах и устройствах введения микродоз активных веществ или генетического материала в клетки или микроорганизмы.
Известен способ и устройство введения активных веществ в микроорганизмы из раствора по патенту РФ №2224556 (опубл. 27.02. 2004), в котором они свободно плавают, через проколы в стенке микроорганизмов, создаваемые лазерным излучением. Этот метод не всегда приемлем, так как при этом трудно контролировать объем и качество вводимого в микроорганизмы вещества.
Известны способы и устройства, в которых активный материал вводится в макроскопические объемы клеток методом прокалывания.
В частности, известно устройство введения лекарств через прокалывание с использованием решетки микроигл по патенту РФ №2209640 (опубл. 15.07.1996), соединенных с резервуаром с лекарством. Изобретение описывает конкретные конструкции микроигл, способы создания импульса вспрыскивающего давления и регулировки величины порции лекарства. Основными проблемами здесь являются фиксация микроорганизмов в строго определенном положении и организация непрерывного процесса инъекций.
Наиболее близкими к предлагаемым изобретениям являются способ и устройство введения активного генетического материала (биологического вещества) в макроскопические конгломераты из клеток методом прокалывания по патенту США №5457041 (опубл. 10.10.1995).
В нем используется решетка микроигл, на концах которых помещается и удерживается вводимый материал. Решетка перемещается координатным устройством в направлении образца клеточного материала, закрепленного в специальной державке. Решетка микроигл надвигается на образец и иглы входят в клетки образца. Затем решетка выдвигается из образца, а вводимый материал остается в клетках, отрываясь от кончиков игл при обратном движении. Глубина проникновения в нужный слой клеток регулируется длиной микроигл. Наблюдение за процессом ведется в микроскоп.
Недостатком данного способа является необходимость использования макрообъемов биологического вещества для закрепления в державке. Основной проблемой введения инъекций в микроорганизмы через прокалывание является их фиксация в пространстве в месте расположения микроигл. Обычно микроорганизмы свободно плавают в физиологическом растворе или воде и операция прокалывания стенки и введения инъекции не возможна без их четкой фиксации на жестком основании. Другим недостатком этого изобретения является невозможность организации непрерывного процесса введения активного вещества сразу большому числу микроорганизмов.
Предлагаемыми изобретениями решается задача организации процесса непрерывного введения жидких веществ одновременно в большое число микрокапсул.
Данный технический результат достигается благодаря использованию способа введения жидких веществ одновременно большому числу микрокапсул посредством предлагаемого устройства для его осуществления.
Для получения такого технического результата в предлагаемом способе введения жидкого вещества в микрокапсулы с помощью решетки микроигл и микроканальной пластины новым является то, что микрокапсулы в потоке жидкости подают на вход в микроканальную пластину, при этом диаметр каналов ее меньше размера микрокапсул, которые задерживаются на входе в микроканальную пластину после отвода через нее жидкости. Затем перемещают решетку микроигл до прокалывания оболочки микрокапсул и вводят жидкое вещество. После чего удаляют заполненные микрокапсулы, изменяя направление течения потока жидкости сквозь микроканальную пластину на обратное.
Отличительными признаками предлагаемого способа являются фиксация микрокапсул на входе в каналы микроканальной пластины, диаметр каналов которой меньше размера микрокапсул, путем протока несущей их жидкости сквозь микроканальную пластину, перемещение решетки микроигл до прокалывания оболочки микрокапсул и ввод жидкого вещества, удаление заполненных микрокапсул путем изменения направления течения потока жидкости на обратное. Это позволяет осуществлять ввод жидких веществ одновременно в большое число микрокапсул путем прокалывания стенки.
Для достижения такого технического результата предлагается устройство для введения жидкого вещества в микрокапсулы, содержащее микроканальную пластину, решетку с микроиглами и резервуар вводимого в микрокапсулы жидкого вещества, в котором решетка с микроиглами установлена соосно с микроканальной пластиной, а микроиглы сообщаются с резервуаром вводимого в микрокапсулы жидкого вещества. Предлагаемое устройство содержит канал с включающей микрокапсулы жидкостью, в котором установлены микроканальная пластина, решетка микроигл, поршневой узел и клапаны для обеспечения движения жидкости с микрокапсулами через микроканальную пластину в упомянутом канале с жидкостью в одном направлении, решетка микроигл имеет возможность перемещения навстречу микроканальной пластине на расстояние прокалывания оболочки микрокапсул. При этом каналы в микроканальной пластине имеют меньший, чем размер микрокапсул, диаметр.
Использование микроканальной пластины, установленной вместе с решеткой микроигл в канале для подачи микрокапсул в потоке жидкости с поршневым узлом и клапанами, обеспечивающими необходимое направление течения жидкости через микроканальную пластину, позволяет фиксировать большое число микрокапсул и осуществлять непрерывный процесс введения в них жидких веществ.
Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображено: на фиг.1 - схема устройства для введения жидкого вещества в микрокапсулы в фазе фиксации микрокапсул на микроканальной пластине; на фиг.2 - схема устройства в фазе введения жидкого вещества в микрокапсулы; на фиг.3 - вид А фиг.2; на фиг.4 - схема устройства в фазе вывода микрокапсул из канала.
Предлагаемое устройство состоит из канала 1 (фиг.1), в котором установлена микроканальная пластина 2, решетка с микроиглами 3 и резервуар вводимого в микрокапсулы жидкого вещества 4, в котором решетка с микроиглами 3 установлена соосно с микроканальной пластиной 2, микроиглы сообщаются с резервуаром вводимого в микрокапсулы жидкого вещества 4, поршневой узел 5 с поршнем 6 обеспечивают необходимое движение жидкости с микрокапсулами 7 через микроканальную пластину 2 в одном направлении. Вход в поршневой узел 5 закрыт микроканальной пластиной 2, через которую протекает жидкость. В зависимости от направления движения поршня 6 жидкость может втекать или вытекать через каналы пластины 2. Клапаны 8 и 9 предназначены для организации движения жидкости с микрокапсулами по каналу 1 в одном направлении - слева направо.
Устройство, реализующее в непрерывном режиме способ введения жидкого вещества в микрокапсулы, осуществляется следующим образом.
В канал 1 подается поток жидкости, несущий микрокапсулы 7. На фиг.1 стрелками указано направление течения жидкости. Клапан 8 в этой фазе работы пропускает жидкость с микрокапсулами 7 к микроканальной пластине 2 из-за разницы в давлении над и под микроканальной пластиной 2, создаваемой движением вниз поршня 6. По этой же причине клапан 9 в этой фазе работы закрыт и не дает потоку жидкости течь направо. При этом поток жидкости, содержащий плавающие в ней микрокапсулы 7, течет сквозь каналы микроканальной пластины 2 вниз (см. фиг.1), засасывая и фиксируя микрокапсулы 7 на входе в каналы, поскольку каналы в микроканальной пластине имеют меньший, чем размер микрокапсул 7, диаметр. Движение поршня 6 вниз продолжается до тех пор, пока большинство каналов в микроканальной пластине 2 не заполнится микрокапсулами 7. Контроль о заполнении микроканальной пластины 2 микрокапсулами 7 можно осуществлять по величине сопротивления движению поршня 6.
После заполнения большинства каналов микроканальной пластины 2 микрокапсулами 7 на микроканальную пластину 2 надвигается регулярная решетка микроигл 3. Решетка микроигл 3 сообщена с резервуаром 4, содержащим вводимое жидкое вещество. Решетка с микроиглами 3 расположена соосно каналам микроканальной пластины 2. После достижения определенного расстояния между микроканальной пластиной 2 и решеткой микроигл 3, при котором имеет место наибольшая вероятность прокалывания стенок микрокапсул 7, решетка микроигл 3 останавливается, давление в резервуаре 4 на некоторое время поднимается и происходит введение жидкого вещества в микрокапсулы 7 (см. фиг.2, 3). Число микрокапсул 7, в которые введено жидкое вещество, будет составлять порядка числа каналов и микроигл на микроканальной пластине 2 и решетке микроигл 3. Диаметр каналов на микроканальной пластине 2 выбирался исходя из размера микрокапсул 7, чтобы не допустить проскока микрокапсул 7 через каналы. После введения жидкого вещества решетка микроигл 3 отодвигается от микроканальной пластины 2 в исходное положение. При этом клапан 8 открыт, а клапан 9 закрыт, так как поршень 6 продолжает движение вниз, поддерживая необходимый для фиксации микрокапсул 7 перепад давления.
Затем направление течения жидкости сквозь микроканальную пластину 2 меняется на обратное за счет смены направления движения поршня 6, который выталкивает жидкость через каналы микроканальной пластины 2, как показано на фиг.4. При этом микрокапсулы 7 отбрасываются от микроканальной пластины 2 и выносятся вместе с жидкостью через клапан 9 на выход из канала 1, а клапан 8 закрыт и не позволяет смешиваться микрокапсулам 7 до и после введения жидкого вещества. Таким образом, осуществляется единичный цикл процесса введения жидких веществ в большое число микрокапсул 7.
Далее трехфазный цикл процедуры введения жидкого вещества повторяется вновь. В процессе повторения циклов через капал 1 слева направо идет квазинепрерывный поток жидкости, содержащей микрокапсулы 7 до и после введения жидкого вещества.
Таким образом, использование предлагаемых изобретений позволяет организовать непрерывный процесс введения жидких веществ одновременно большому числу микрокапсул, вследствие чего повышается эффективность процесса.