[发明专利]基于绝缘体上硅结构的连续流细胞电融合芯片及其加工工艺

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，涉及细胞电融合中细胞的精确控制、细胞的高效融合，适用于遗传学、动植物远缘杂交育种、发育生物学、药物筛选、单克隆抗体制备、哺乳动物克隆等领域。

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。细胞融合技术经历了生物、化学和物理诱导等几个发展阶段。到了20世纪80年代，随着电子信息技术的发展，细胞电融合技术得到了迅速发展，相对于传统的细胞电融合手段，该方法具有效率较高，操作简便、对细胞无毒害，便于观察，适于仪器应用和规范操作等优点，该技术近年来也得到了广泛的应用。

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。

传统的细胞电融合仪，它多采用融合槽的方式进行融合，电极间的间距较大，要达到足够强度的细胞排队、融合及压紧信号，需要很高的外界驱动电压，往往高达几百上千伏，对系统的电气安全性要求高，系统的成本也因此而大为提高。

为解决这一问题，促进细胞电融合技术向集成化、便携式等方向发展，根据经典物理方程E＝V/d，可知在外界电压V恒定的情况下通过缩短电极的间距即d的大小以得到更高的电场强度E。在细胞电融合的芯片结构的设计中，相对微电极之间的距离仅为100μm，仅需要10⁰或10¹级的外界电压即可实现细胞融合，大大降低了外围电路的设计、制造难度，降低了系统成本，提高了系统的电气安全性和细胞电融合后细胞的成活率，可以促进细胞电融合技术向集成化、便携式等方向发展。同时，传统的平行板电极在两电极板间产生的是均匀电场，不利于获得较高的电场梯度，故在本发明中，基于绝缘体上硅结构的连续流细胞电融合芯片选用了三种微电极排布方式：对称型、交错型和电极-平板型。

目前国内在基于绝缘体上硅结构的连续流细胞电融合芯片研究开发较少，国外在次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。但上述专利存在集成微电极数目较少，无法实现高通量融合，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。中国专利200610054121.x是基于芯片概念的细胞融合装置，但芯片在设计中对于芯片的抗腐蚀、抗氧化能力考虑较少，存在易被腐蚀、氧化的缺点，同时，该芯片无法实现样品的自动进样和出样，不利于融合后细胞的筛选和培养。本发明能够较好的解决以上为题。

国内外相关专利如下：

中国专利文献，CN101250482，2008年，重庆大学；

中国专利文献，CN101168724，2007年，重庆大学；

中国专利文献，CN1858202，2006年，重庆大学；

中国专利文献，CN1482234，2003年，中国科学院上海技术物理研究所，张涛等；

中国专利文献，CN86210174，1995年，辽宁肿瘤研究所，梁伟；

美国专利文献，4326934，April 27，1982，Pohl；

美国专利文献，441972，April 10，1982，Pohl；

美国专利文献，4578168，March 25，1986，Hofman；

美国专利文献，4695547，September 22，1987，Hillard；

美国专利文献，4699881，Oct.13，1987，Matschke et.al；

美国专利文献，5007995，Apr.16，1991，Takahizuki.

发明内容