[发明专利]一种细胞电融合芯片及加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物细胞电融合的装置。具体地，本发明涉及提供细胞电融合的芯片，提供并产生细胞排队、电致穿孔、融合所需要的电场强度和电场梯度。

背景技术

生物细胞通过融合可以形成新的细胞，在现代生物医学工程基础领域有着重要的意义。细胞融合有化学融合方法(如PEG)、物理融合方法，其中物理融合方法中，电场融合方法因其便于精确控制、重复性好、融合率高等优点而得到了广泛的应用。

生物细胞处于非均匀电场中时，被电场激化形成偶极子，该偶极子在非均匀电场作用力下发生运动，即介电电泳(dielectrophoresis)，利用电介质电泳可以控制细胞的运动，在细胞电融合过程中，利用电介质电泳现象使细胞排列成串，压紧相互接触的细胞，完成细胞电融合过程所需的排队和融合后压紧。

细胞在强电场作用下，会导致细胞膜穿孔，这种效应称为细胞膜电致穿孔效应(electroporation)。在细胞电融合过程中利用电致穿孔效应，使两接触的细胞膜穿孔，细胞间进行膜内物质交换，使细胞质、膜融合，在一定强度的电场作用下的电穿孔是一种可逆穿孔，细胞膜会在减小或撤销电场强度时回复原状，致使细胞电融合过程的膜融合。

根据上述分析，为了实现细胞电融合，最关键的是将细胞置于非均匀电场中，使细胞受到电介质电泳力和强电场穿孔力。根据电场基本理论电场强度E＝V/d，为了获得较强的电场强度，必须靠增加电压或缩短电极间距来实现，在细胞电融合芯片的设计中，以减小电极间距来实现高电场强度，所以，电极间距可以根据细胞大小进行设计选择，在细胞尺寸数量级范围内，产生足以是细胞膜穿孔所需电压降低至十几伏至几十伏即可，大大降低了细胞电融合信号发生器设计制造难度，提高了细胞电融合后细胞的成活率。为了获得非均匀电场，需要设计合适的电极形状和电信号，为此，本发明设计了能在相同条件下产生强电场梯度的电场，即：矩形非对称梳状电极。

目前国内在细胞电融合芯片研究开发较少，中国专利200610054121.x是基于芯片概念的细胞融合装置，国外在该领域的专利相对较多，如Pohl在1982年申请的美国专利(4326934)、Chang在1994年的美国专利(5304486)等。目前的细胞电融合芯片一方面在微电极数量上较少，不能实现高通量融合，另一方面，微电极产生的电场强度和电场梯度比较弱，在细胞的精确控制方面显得比较弱，而且加工材料选择方面抗腐蚀、抗氧化能力也较弱，本发明能较好解决以上问题。

国内外相关专利如下：

200610054121.x，2006年，重庆大学，赵志强等；

CN1482234，2003年，中国科学院上海技术物理研究所，张涛等；

CN86210174，1995年，辽宁肿瘤研究所，梁伟；

4326934，April 27，1982，Pohl；

441972，April 10，1982，Pohl；

4578168，March 25，1986，Hofman；

4695547，September 22，1987，Hillard；

4699881，Oct.13，1987，Matschke et.al；

5007995，Apr.16，1991，Takahizuki.

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提出一种细胞电融合芯片及加工方法，对芯片从结构、材料、加工工艺、封装进行了重新设计，以使融合过程中的电场诱导力达到最大，提高细胞聚集排队和电穿孔的能力，从而提高细胞电融合效率。

本发明的技术方案如下：

一种细胞电融合芯片，由陶瓷管芯、安装在陶瓷管芯的安装窗口中的芯片和将芯片封装在窗口内的盖玻片组成。其中，芯片的绝缘基底材料上加工有独立可控的融合小池，融合小池中加工有梳状微电极组，梳状电极组的梳齿呈交叉插入状，并引出导线，梳状微电极组的梳齿两侧加工有矩形微电极，同一融合小池中的矩形微电极按阵列分布，并且相邻梳齿上的矩形微电极交错相向，梳齿之间形成连续的微流通道，微流通道与该融合小池的细胞进样通道连通。