[发明专利]一种电穿孔芯片及基于电穿孔芯片的多孔板装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种电穿孔的芯片，更具体而言，本发明涉及一种高效地利用电穿孔芯片进行电穿孔的多孔板装置。

背景技术

细胞膜是包围在细胞外周的一层薄膜，是细胞与外界进行选择性物质交换的通透性屏障。细胞膜是细胞成为一个独立的生命单位，并拥有一个相对稳定的内环境。周围环境中的一些物质可以通过细胞膜，其它的物质则不行。细胞可以通过细胞膜从周围环境摄取养料，排出代谢产物，使物质的转运达到平衡状态。所以，细胞膜的基本功能就是维持细胞内微环境的相对稳定并有选择地与外界环境进行物质交换。

研究发现，如果对细胞施加一定强度的电刺激并持续一段时间，就可以诱导细胞膜上产生一些微孔，使细胞的通透性增强，所谓细胞电穿孔(Electroporation)就是指细胞在外加脉冲电场的作用下，细胞膜脂双层上形成瞬时微孔的生物物理过程(Waver J.C.“Electroporation：A dramatic.nothermal electric field phenomenon”1992)。当细胞膜发生电穿孔时，其通透性和膜电导会瞬时增大，使亲水分子、DNA、蛋白质、病毒颗粒、药物颗粒等正常情况下不能通过细胞膜的分子得以进入细胞。在短时间内撤除电刺激后，细胞膜可以自我恢复，重新成为选择性通透屏障。与传统的化学穿孔和病毒穿孔相比，由于电穿孔具有无化学污染、不会对细胞造成永久性损伤、效率较高等优点，在生物物理学、分子生物学、临床医学等领域有着广阔的应用前景。

虽然电穿孔作用的机理并不完全清楚，但在本文中细胞电穿孔是公知的，包括细胞膜脂双层的破裂，导致在膜上形成暂时性的微孔，允许外源性分子通过扩散进入细胞。

现有技术中，主要有三类方法来完成细胞电穿孔的过程：

1、将细胞放置于一对相距数毫米至数厘米的平行电极之间。使细胞在电极之间的电场中受到电刺激，以实现电穿孔的目的。(例如，美国专利U.S.Pat.5389069)

2、使用针状电极扎入组织或细胞中对细胞进行电击，达到电穿孔的目的。(例如，美国专利U.S.Pat.5389069；中国专利申请，公开号CN 101020892A)

3、将一个腔室放置在一对平行电极之间，使得细胞的悬浮溶液在腔室中流动的同时受到电击。(例如，美国专利U.S.Pat.6773669；中国专利申请，公开号：CN 1195997A)

在现有技术中公开的系统中，电极之间的距离通常在10毫米左右，远远大于细胞的典型尺度(20微米)，所以难以精确控制实际施加在细胞上的电场。同时，在两个平板电极产生的电场中，电场E＝V/D(V为施加在两极板之间的电压，D为两极板之间的距离)，在极板之间的距离D较大(大于10毫米)的传统电穿孔系统中，需要的电压通常高达数千伏特。这给设计供电系统增加了难度，也不利于节能环保。

而在现有技术中公开的电穿孔设备及方法均不适用于处理大量的样品，也不适用于连续处理样品。也就是说，现有技术中得到的电穿孔室均是“静态”工作的，即：在电穿孔室处理完一批样品以后，需要对电穿孔室进行清洗、重新培养细胞等处理，才能继续下一批样品处理。在公开的技术中，电穿孔常常是在一次性单室试管中进行的，其用于电穿孔的最大容量通常为1毫升。在需要处理大量样品的场合中，这种技术冗长乏味，劳动强度大。

在公开的现有技术中，很少考虑到如何实时观察细胞在电穿孔时的形态变化。而这在细胞生理研究中，是需要关注的重点。

在公开的现有技术中，细胞的培养和电穿孔是分开进行的，而这带来了额外的工作量并降低了工作效率。

发明内容

本发明克服了上述现有技术中的不足，本发明的目的之一是提供了一种电穿孔芯片，其具有精确控制的电极；本发明的另一目的是提供一种用于电穿孔的多孔板装置，用于处理大量的样品。

为了达到上述的目的，本发明所提供的电穿孔芯片的技术方案概述如下：

一种电穿孔芯片，其特征在于，包括：

承载电极的基板；

电极，所述的电极每两个为一对，包括相对设置的阳极和阴极，且阴极和阳极之间相互嵌套。

所述基板由绝缘材料制成。

所述基板为覆盖了绝缘材料的金属。

所述绝缘材料为玻璃或硅。

所述电极宽度为1微米至1毫米。

所述电极由金属或导电聚合物制成。

所述电极形状为环形或方形。

所述电极位于基板的表面或嵌入基板中。

所述电极，每对电极分别连接以实现电场的分区控制。