在过去的几十年中,透膜传输技术作为一项重要的物理方法被广泛应用于细胞内外的物质传输中,特别是将基因序列分子传送至人体干细胞并实现了基因转录。然而,将任意种类的分子或物质传输至任意种类的细胞对目前的透膜传输技术来说仍是一项重大挑战。近年来,微纳米级的透膜传输技术因其高精度的特性而引起科学界的广泛关注,这种精密的传输技术旨在通过控制局部细胞膜的通透性来实现单细胞内靶向在位的物质传输,并进一步通过与微流控技术和微机电系统的结合,在保证精确传输(单个细胞尺度)的同时也获得了高通量的传输效率。本课题提出了一种基于特超声波(频率大于千兆赫兹的声波)的物理性透膜方法,用于精确控制磷脂膜,超分子膜和细胞膜的通透性,从而实现可控的分子释放与装载,以及增强型的药物传输。研究内容包括:1.阐述了声波的声流效应及相关理论,并对液体环境下特超声波的作用分析提供理论依据;设计并研制了频率为2.5千兆赫兹的布拉格反射型体声波谐振器,在阐述其基本结构、工作原理和电路仿真的基础上,使用微纳加工技术对其进行制造,并对特超声波在液体环境中的作用机理及应用进行实验性探究。2.研究了特超声声孔效应的作用机理。以微米级的磷脂囊泡为细胞模型,实验分析了囊泡在特超声波作用下发生变形的原因,以及变形导致的囊泡磷脂膜的通透性的变化,并通过装载不同大小的聚丙乙烯纳米粒子验证了特超声声孔的大小。3.研究了特超声声孔效应在物质可控释放与装载中的应用。以纳米级的聚合物囊泡为载体,实验分析了特超声波作用下聚合物囊泡阵列对荧光分子的可控释放与装载;并通过改变特超声波的输入功率和作用时长,定量分析了悬浮型聚合物囊泡的释放速率,以及固定型聚合物囊泡的释放与装载速率。4.研究了特超声声孔效应在细胞物质传输中的应用。以装载有阿霉素的多孔二氧化硅纳米粒子为药物载体,实验分析了特超声波可控的药物载体传输,并对细胞内的药物载体分布进行荧光表征和细胞活性测试;通过对比特超波作用下药物载体与药物分子所引起的细胞凋亡率的区别,分析了特超声波刺激对载体效应的影响;并通过细胞內吞作用抑制实验探究了特超声声孔效应对药物载体进入细胞的传输方式的影响。