[发明专利]包含至少一种热电材料的细胞裂解或电穿孔设备

说明书

本发明涉及用于生物细胞裂解或电穿孔的设备领域。

破裂细胞膜的过程称为裂解(或溶解)。可通过各种化学、机械或电 学方法进行裂解，所有这些方法都能导致细胞膜的破裂。

细胞膜主要由两层磷脂分子组成。这些双向分子具有亲水和疏水末 端。亲水末端指向膜的内和外表面，而疏水末端则朝向内部表面。在不 同的细胞类型之间，该膜可被破裂的容易程度变化很大。对于某些细胞， 简单的盐溶液就可足以导致该膜破坏。但是，对于其他细胞，需要机械 裂解步骤，其中细胞用例如硅石和/或陶瓷珠碾磨以释放内含物。

在最坚固的细胞例如革兰氏阳性细胞、酵母细胞或真菌细胞中，机 械裂解通常是不够的，因此需要酶裂解。在这种情况下，特别制备的酶 破坏细胞膜。这些酶能裂解几乎所有类型的细胞，但其生产固有地费用 浩大并且如果不在制备后迅速使用的话是不稳定的。

近来，电裂解已引起注意。其使用脉冲电场以破裂细胞膜。但是， 如果电场不足以破裂所述膜，则所述膜可变得更加多孔并允许否则将会 被阻挡的其他分子(即药物或其他DNA(在转染的情况下))进入。这种由 电场所致的多孔性可逆增加称为电穿孔，并且在该过程后细胞必须是存 活的。

因此，本发明的一个目的是提供一种设备，其能至少部分克服上述 缺陷并提供具有较小副作用的可靠的细胞裂解或电穿孔的可能性。

通过根据本发明权利要求1的设备实现了该目的。因此，提供了包 含热电材料的细胞裂解或电穿孔设备。

令人惊奇地已经发现通过这样的材料，可产生电场，其对于本发明 中的各种应用以仅具有很小副作用或根本就不具有副作用的可靠方式 裂解细胞。

通过利用这种设备，对于本发明中的各种应用可实现至少一个或多 个下列优点。

-裂解过程中存在的电流可大大降低，从而大大限制了副作用例如 破坏或降解细胞中的物质。

-与现有技术设备的目前可行的电压相比，本发明允许在更低的 电压下进行电裂解。

-本发明进一步允许在目前太坚固以致不能通过电场被裂解/穿孔 的细胞或生物粒子上进行电裂解。

-该设备可以以在每次裂解之前或之后不必添加进一步的部件或 物质(例如酶)的这样的方式来设计，从而使高通量策略得以成为可能。

-由于大多数热电材料相对便宜并且可容易地集成到大面积电子 (LAE)平台中，并且无需外部元件，因此可以构建非常高度集成的便宜 设备。

在第一方面，本发明提供了用于生物细胞裂解或电穿孔的设备。本 领域技术人员将理解，这些细胞可以是但不限于完整细胞、细胞碎片例 如膜碎片、细胞器、细菌、病毒、原生动物等等。

在本发明的意义上，术语“热电材料”特别意指和/或包括任何当温度 变化时显示自发电极化变化的材料。

根据本发明一个优选的实施方案，热电材料是热电晶体材料。

根据本发明一个优选的实施方案，热电材料至少部分地以一个或多 个沉积的层的形式提供。

根据本发明一个优选的实施方案，该设备进一步包含温度改变装 置，其优选在至少一种热电材料的附近提供。

根据本发明一个优选的实施方案，至少一种热电材料具有大于 ≥0.05mC/℃/m²，优选≥0.1mC/℃/m²至≤0.6/℃/m²的电荷变化绝对值。

根据本发明一个优选的实施方案，该设备进一步包含至少一种导电 材料，其以增加电场和/或允许电荷转移到热电材料或从热电材料转移的 方式成型。如例如从将要讨论的某些实施方案将显而易见的那样，其已 经显示出对于本发明中的各种应用是有利的。

根据本发明一个优选的实施方案，所述温度改变装置包含冷却元 件，优选珀尔贴(Peltier)元件。对于本发明中的广泛应用，已经显示这可 在细胞内导致进一步的“冷冻”效果，其可利于所述裂解。

根据本发明一个优选的实施方案，所述温度改变装置包含用于选择 性加热所述至少一种热电材料的部分的结构化电阻加热元件。对本领域 技术人员而言显而易见的是该加热元件也可包含珀尔贴元件。

根据本发明一个优选的实施方案，所述温度改变装置包含用于选择 性加热所述至少一种热电材料的部分的辐射装置(如激光或微波)。

根据本发明一个优选的实施方案，所述至少一种热电材料选自：