[發明專利]基于離散式側壁微電極陣列的細胞電融合芯片裝置及加工工藝

無效

• 申請號: 201110395164.5
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102517207A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 胡寧;徐靜;楊軍;鄭小林;侯文生;廖彥劍;楊靜;胡南
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明涉及一種基于離散式側壁微電極陣列的細胞電融合芯片裝置及其加工工藝，其主要使用范圍為動物、植物、微生物細胞的融合細胞制備，同時也可應用于電穿孔、電轉染等研究中，可廣泛應用于遺傳學、動植物遠緣雜交育種、發育生物學、藥物篩選、單克隆抗體制備、哺乳動物克隆等領域。

背景技術

細胞電融合技術自上世紀80年代起，因為其效率較高、操作簡便、對細胞無毒害，便于觀察，適于儀器應用和規范操作等優點，得到了快速發展和廣泛應用（參見4326934,?April?27,?1982,?Pohl;?441972,?April?10,?1982,?Pohl;?4578168,?March?25,?1986,?Hofman;?4695547,?Sep?22,?1987,?Hillard;?4699881,?Oct?13,?1987,?Matschke,?et?al.;）。

細胞電融合可以分為兩個主要階段：細胞排隊和細胞融合。

細胞排隊的原理在于：生物細胞處于非均勻電場中時，被電場極化形成偶極子，該偶極子在非均勻電場作用中會受到特定的力而發生運動，即介電電泳（dielectrophoresis）。利用介電電泳可以控制細胞的運動，在細胞電融合過程中，利用介電電泳現象使細胞排列成串，壓緊相互接觸的細胞，完成細胞電融合過程所需的排隊和融合后壓緊。

細胞融合的原理在于：強電場作用會導致細胞膜穿孔，這種效應稱為細胞膜電致穿孔效應（electroporation）。在細胞電融合過程中利用電致穿孔效應，使兩接觸的細胞膜穿孔，從而使細胞間進行膜內物質交換，使細胞質、膜融合，在一定強度的電場作用下的電穿孔是一種可逆穿孔，細胞膜會在減小或撤銷電場強度時回復原狀，產生細胞電融合過程的膜融合。

傳統的細胞電融合系統通常都采用大型融合槽，其優點在于：（1）操作較為簡便，采用大型融合槽降低了包括樣品進樣與出樣等步驟的難度；（2）加工簡便，大型融合槽的尺寸一般都在厘米量級，利用傳統的機械加工手段可以較為方便地加工出所需要的融合槽結構；（3）融合量大，傳統的融合槽可以容納數毫升樣品，一次實驗即可獲得足夠的細胞進行后期篩選、培養等工作。

但傳統的細胞電融合設備也存在一些缺點：（1）由于融合槽中的電極間距較大，要達到夠強度的細胞排隊、融合及壓緊信號，需要很高的外界驅動電壓，往往高達幾百上千伏，對系統的電氣安全性要求高，系統的成本也因此大為提高；（2）電極間的較大間距不利于對細胞的精確控制等。

為解決這一問題，研究者將細胞電融合技術與MEMS加工技術相結合。MEMS技術的加工范圍通常在1?~?50μm，這與細胞的直徑范圍相當，所產生的微結構能有效控制細胞。有多家研究機構開始研究利用微流控芯片技術或者微電極陣列技術構建生物芯片來實現細胞電融合操作。

例如，美國MIT的研究人員提出了利用微流控芯片技術實現對細胞的精確控制，達到高效的細胞配對和融合（參見J.?Voldman,?A.M.?Skelley,?O.?Kirak,?H.?Suh,?R.?Jaenisch,?Microfluidic?control?of?cell?pairing?and?fusion,?Nat?Methods,?2009）；國內趙志強等研究人員也提出了利用MEMS技術構建微電極陣列（參見中國專利200610054121.x），通過構建微米量級間距的微電極陣列，實現在低電壓條件下的細胞電融合。日本研究者提出的利用一對微電極，通過流路控制細胞的流動，使細胞運動到微電極對位置區域后，利用電場作用使兩個細胞形成配對，再借助于電脈沖實現電融合（參見Daniel?T?Chiu，A?microfluidics?platform?for?cell?fusion，Current?Opinion?In?Biotechnology，2001）。