[发明专利]一种用于细胞转染的微流控芯片

说明书

本发明公开了一种用于细胞转染的微流控芯片，包括激光发生器和芯片主体，其中芯片主体包括有用于细胞转染的微流通道，微流通道包括微流入口与微流出口，微流通道底部设置有微米结构阵列，激光发生器的激光发射端正对微米结构阵列设置；微米结构阵列为具有微米级凸起结构的阵列。细胞溶液从微流通道的微流入口流入芯片，待转染细胞被微米结构阵列捕获，在激光作用下微米结构阵列尖端处形成光聚焦，由光热效应在细胞膜表面形成一个开口，从而转染大分子能够进入细胞内部。本发明根据不同的细胞形态大小，可以优化微流通道的尺寸和光热阵列的大小结构，进一步实现高通量大分子转染。

技术领域

本发明涉及细胞转染领域，具体涉及一种用于细胞转染的微流控芯片。

背景技术

转染，是将外源性基因导入细胞内的技术。随着基因与蛋白功能研究的深入、基因编辑技术的发展，细胞转染目前已成为生物科学领域必不可少的部分。与此同时，细胞转染也可实现药物的递送、肿瘤抑制等临床效果。

理想细胞转染方法，应该具有转染效率高、细胞毒性小等优点。转染大致可分为物理介导、化学介导和生物介导三类途径。

生物介导方法是最早出现的，常被认为是细胞转染最有效的方法，主要利用病毒或其他生物作为微载体其转染效率可达90%。但是生物介导转染方法的准备程序复杂，常常对待转染的细胞类型有很强的选择性，且转染的仅限于千碱基大小的核酸。另外，病毒或病毒载体（逆转录病毒，慢病毒，腺病毒和腺伴随病毒（AAV））通常会整合到人类基因组中，其可能存在许多免疫应答的副作用。

化学介导方法常使用脂质、阳离子聚合物、不溶性沉淀物（如磷酸钙共沉淀）等化学方法进行转染。在一般生理条件下，细胞膜通常呈现负电荷，因为磷脂双层结构由胞质面上带负电荷的磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇组成。为了在递送过程中克服膜屏障，化学方法采用负载有标记物（具有siRNA，miRNA，分子信标）的中性或带正电荷的核苷-复合物载体以与细胞膜结合并通过胞吞作用转运。化学介导转染一般可实现高效输运，但借助胞吞作用，具有一定的网格蛋白依赖性，另外化学载体也可能具有额外的毒性。

物理介导方法是利用外界力（机械、电、磁、光等）将细胞膜穿透，不借助细胞的内吞作用，不需要额外的化学修饰，一定程度上减少免疫反应。目前常用的有显微注射技术、电穿孔技术、光学方法、声学方法、微通道挤压技术等。显微注射通过较细的微管刺穿细胞膜，输运效率可达100%，最早应用于核移植，但通常不可用于大规模转染；电穿孔通过电场的改变影响跨膜蛋白的状态，从而形成疏水性或亲水性孔道或改变跨膜电位，使外界分子转染进细胞内。但高电压所需能量较高，且容易导致细胞膜破裂，进而造成细胞死亡。总之，大多数物理方法的递送包括两个步骤：（i）破坏质膜以产生瞬时孔隙和（ii）在它们重新密封之前通过瞬时孔隙递送货物。为了产生瞬时毛孔，电穿孔使用静电力来破坏细胞膜; 声波产生声压以触发具有强流体流动的空化气泡以诱导膜渗透性; 光学方法使用由短激光脉冲触发的非线性光吸收来分解细胞膜; 微流体通道使用窄结构挤压细胞膜。

但这些机制仅限于小分子运输，缓慢扩散的大分子在细胞膜恢复之前没有机会穿过孔道，而涂有大分子的尖锐尖端可能失去穿透细胞膜的能力。另外这些方法都是低通量的且可能遭受细胞堵塞、创伤性细胞裂解等并发症。

发明内容

本发明的目的提供一种用于细胞转染的微流控芯片，芯片中封装有微米结构阵列，可在激光作用下产生光热效应，进而诱导细胞短暂致孔，待转染分子（DNA，RNA，质粒等）在微流体推动下通过孔洞进入细胞内完成转染过程。

一种用于细胞转染的微流控芯片，包括激光发生器和芯片主体，其中芯片主体包括有用于细胞转染的微流通道，微流通道包括微流入口与微流出口，微流通道底部设置有微米结构阵列，激光发生器的激光发射端正对微米结构阵列设置；微米结构阵列为具有微米级凸起结构的阵列。

进一步，所述的用于细胞转染的微流控芯片，微流通道的微流入口处设置带有阀门的入口导管。