[发明专利]细胞高活性分选及改造的原位电穿孔芯片、装置及方法

说明书

本发明实施例提供了一种细胞高活性分选及改造的原位电穿孔芯片、装置及方法，在本发明中，可同时实现对液基样本中的目标细胞进行高通量分选，对分选得到的目标细胞进行原位电穿孔改造，对改造后的细胞进行原位观察及统计分析。本发明可在15min内实现大规模背景细胞下痕量目标细胞的分选及改造，其中分选效率大于85％，改造效率大于75％，并且可以保证整套流程下细胞的活性大于80％。本发明提供的细胞高活性分选及改造的方法，一方面通过原位一体化的操作可以减少各步骤间的细胞损失及损伤，保证细胞活性；另一方面通过权衡不同孔径下细胞通过滤孔时的剪切应力和电穿孔过程中的电场强度来设计并优化滤膜孔径，进一步保证细胞的高活性。

技术领域

本发明涉及生物微机电系统领域，具体涉及一种目标细胞高活性分选及改造的原位电穿孔芯片、装置及方法。

背景技术

相关技术中，利用一定手段将外源分子(如核苷酸、DNA与RNA、蛋白、糖类、染料及病毒颗粒等)导入原核和真核细胞内对细胞进行改造，被证实在细胞示踪及靶向治疗等领域有广泛的应用前景。其中，电穿孔方法由于其同时具有标记效率高和保持细胞高活性的双重优势被广泛应用于细胞相关研究中。

现有的电穿孔方法中，一种常用的方法是：利用传统平板电极电转杯进行细胞电穿孔，该方法简单且应用成熟，但当数以百万计的细胞聚集在一个小空间里，利用一对电极间的高压脉冲对它们进行冲击时，会降低细胞活性，并且，这种方法随机性较强，不能准确地对目标细胞进行单细胞精准操作。

另一种常用的方法是：利用纳米孔的电场聚集效应来进行细胞高活性的电穿孔，该方法可实现单细胞水平上细胞的高活性电穿孔，但是一方面该方法需要保证细胞刚好落在纳米孔之上，导致电穿孔通量/效率较低(10％左右)，另一方面受纳米孔尺寸限制，该方法无法同时实现大背景细胞下目标细胞的分离及特异性电穿孔改造。

因此，目前亟需一种可以同时实现大量背景细胞下目标细胞的高活性分选及改造的方案。

发明内容

本发明涉及一种原位电穿孔法进行细胞的分离和改造的研究，本发明实施例一方面可以避免大细胞群体电穿孔过程中的随机性实现单细胞水平上的细胞改造，另一方面可同时实现大量背景细胞下目标细胞的分离及原位的特异性改造，同时保证电穿孔改造后目标细胞的高活性。

为了解决上述问题，第一方面，本发明实施例提供了一种细胞高活性分选及改造的原位电穿孔芯片，所述芯片包括：芯片中间层，芯片上层和芯片下层；

所述芯片中间层为高孔隙多孔滤膜，所述高孔隙多孔滤膜的膜孔直径小于目标细胞的直径且大于背景细胞的直径，所述高孔隙多孔滤膜用于从大量背景细胞中分离、捕获、定位痕量的目标细胞；

所述芯片上层和所述芯片下层的结构相同，具体包括：网状电极，所述网状电极集成于所述高孔隙多孔滤膜的两侧，所述网状电极用于对捕获到的目标细胞进行单细胞水平上的电穿孔靶向改造。

可选地，所述高孔隙多孔滤膜的材料为聚对二甲苯，所述高孔隙多孔滤膜整体的大小范围为1mm²～400mm²；所述高孔隙多孔滤膜的膜孔为六边形膜孔，所述高孔隙多孔滤膜的模孔直径范围是2μm～100μm，孔间距小于10μm。

可选地，所述芯片上层中的网状电极和所述芯片下层中的网状电极形成所述网状电极对，所述网状电极对连接一外部电脉冲发生器，所述电脉冲发生器向所述网状电极对施加电脉冲。

可选地，所述网状电极对的电极间距动态可调节，所述电极间距的范围为10μm～2mm。

可选地，所述网状电极集成于所述高孔隙多孔滤膜的两侧，包括：通过溅射及光刻的微电子加工手段直接集成，或者，通过芯片定位手段间接集成。

第二方面，本发明实施例提供一种细胞高活性分选及改造的原位电穿孔装置，包括：上述第一方面所提供的任意一种原位电穿孔芯片、芯片负载特氟龙夹具、夹具接合磁铁。