[發明專利]一種用于細胞轉染的微流控芯片

有效

• 申請號: 201810279931.8
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108531396B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 趙祥偉;常寧;倪海彬;孫良棟;顧忠澤
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C12M1/42
• 分類號: C12M1/42;C12M1/00;C12N15/87
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃欣

本發明公開了一種用于細胞轉染的微流控芯片，包括激光發生器和芯片主體，其中芯片主體包括有用于細胞轉染的微流通道，微流通道包括微流入口與微流出口，微流通道底部設置有微米結構陣列，激光發生器的激光發射端正對微米結構陣列設置；微米結構陣列為具有微米級凸起結構的陣列。細胞溶液從微流通道的微流入口流入芯片，待轉染細胞被微米結構陣列捕獲，在激光作用下微米結構陣列尖端處形成光聚焦，由光熱效應在細胞膜表面形成一個開口，從而轉染大分子能夠進入細胞內部。本發明根據不同的細胞形態大小，可以優化微流通道的尺寸和光熱陣列的大小結構，進一步實現高通量大分子轉染。

技術領域

本發明涉及細胞轉染領域，具體涉及一種用于細胞轉染的微流控芯片。

背景技術

轉染，是將外源性基因導入細胞內的技術。隨著基因與蛋白功能研究的深入、基因編輯技術的發展，細胞轉染目前已成為生物科學領域必不可少的部分。與此同時，細胞轉染也可實現藥物的遞送、腫瘤抑制等臨床效果。

理想細胞轉染方法，應該具有轉染效率高、細胞毒性小等優點。轉染大致可分為物理介導、化學介導和生物介導三類途徑。

生物介導方法是最早出現的，常被認為是細胞轉染最有效的方法，主要利用病毒或其他生物作為微載體其轉染效率可達90%。但是生物介導轉染方法的準備程序復雜，常常對待轉染的細胞類型有很強的選擇性，且轉染的僅限于千堿基大小的核酸。另外，病毒或病毒載體（逆轉錄病毒，慢病毒，腺病毒和腺伴隨病毒（AAV））通常會整合到人類基因組中，其可能存在許多免疫應答的副作用。

化學介導方法常使用脂質、陽離子聚合物、不溶性沉淀物（如磷酸鈣共沉淀）等化學方法進行轉染。在一般生理條件下，細胞膜通常呈現負電荷，因為磷脂雙層結構由胞質面上帶負電荷的磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇組成。為了在遞送過程中克服膜屏障，化學方法采用負載有標記物（具有siRNA，miRNA，分子信標）的中性或帶正電荷的核苷-復合物載體以與細胞膜結合并通過胞吞作用轉運?；瘜W介導轉染一般可實現高效輸運，但借助胞吞作用，具有一定的網格蛋白依賴性，另外化學載體也可能具有額外的毒性。

物理介導方法是利用外界力（機械、電、磁、光等）將細胞膜穿透，不借助細胞的內吞作用，不需要額外的化學修飾，一定程度上減少免疫反應。目前常用的有顯微注射技術、電穿孔技術、光學方法、聲學方法、微通道擠壓技術等。顯微注射通過較細的微管刺穿細胞膜，輸運效率可達100%，最早應用于核移植，但通常不可用于大規模轉染；電穿孔通過電場的改變影響跨膜蛋白的狀態，從而形成疏水性或親水性孔道或改變跨膜電位，使外界分子轉染進細胞內。但高電壓所需能量較高，且容易導致細胞膜破裂，進而造成細胞死亡?？傊?，大多數物理方法的遞送包括兩個步驟：（i）破壞質膜以產生瞬時孔隙和（ii）在它們重新密封之前通過瞬時孔隙遞送貨物。為了產生瞬時毛孔，電穿孔使用靜電力來破壞細胞膜; 聲波產生聲壓以觸發具有強流體流動的空化氣泡以誘導膜滲透性; 光學方法使用由短激光脈沖觸發的非線性光吸收來分解細胞膜; 微流體通道使用窄結構擠壓細胞膜。

但這些機制僅限于小分子運輸，緩慢擴散的大分子在細胞膜恢復之前沒有機會穿過孔道，而涂有大分子的尖銳尖端可能失去穿透細胞膜的能力。另外這些方法都是低通量的且可能遭受細胞堵塞、創傷性細胞裂解等并發癥。

發明內容

本發明的目的提供一種用于細胞轉染的微流控芯片，芯片中封裝有微米結構陣列，可在激光作用下產生光熱效應，進而誘導細胞短暫致孔，待轉染分子（DNA，RNA，質粒等）在微流體推動下通過孔洞進入細胞內完成轉染過程。

一種用于細胞轉染的微流控芯片，包括激光發生器和芯片主體，其中芯片主體包括有用于細胞轉染的微流通道，微流通道包括微流入口與微流出口，微流通道底部設置有微米結構陣列，激光發生器的激光發射端正對微米結構陣列設置；微米結構陣列為具有微米級凸起結構的陣列。

進一步，所述的用于細胞轉染的微流控芯片，微流通道的微流入口處設置帶有閥門的入口導管。