[发明专利]一种用于细胞电融合的微电极阵列芯片

说明书

技术领域

本发明涉及细胞电融合的芯片结构。具体涉及细胞电融合实验细胞排队、细胞电穿孔、细胞电融合的电场梯度和电场强度的产生，细胞电融合实验进样、出样。

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。细胞融合有化学融合方法(如PEG)、物理融合方法，其中物理融合方法中，电场融合方法因其便于精确控制、重复性好、融合率高等优点而得到了广泛的应用。

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。

根据上述分析，为了实现细胞电融合，关键是将细胞置于非均匀电场中，使细胞受到电介质电泳力和强电场穿孔力。根据电场基本理论电场强度E＝V/d，为了获得较强的电场强度，必须靠增加电压或缩短电极间距来实现，传统设备的电极间距通常为mm量级，需要达到10²、10³级的外界电压才能达到足够电场强度实现细胞膜穿孔。在细胞电融合的芯片结构的设计中，微电极阵列和平板电极间的间距为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。

目前，目前国内在细胞电融合芯片研究开发较少，国外在此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。但目前的细胞电融合芯片普遍存在微电极数量上较少，不能实现高通量细胞电融合。中国专利200610054121.x提出了一种细胞电融合芯片，芯片由从上到下重叠在一起的电极层和绝缘垫层构成，电极层有单个或多个交叉梳状电极组、与该交叉梳状电极组连接的引出导线以及位于该交叉梳状电极组之间及其四周的流路通道。其中的交叉梳状电极组由两个互不接触的其梳齿间相互交叉插入的梳状电极板构成，均为相互交叉插入的梳齿之间和梳齿尖与梳脊之间是该交叉梳状电极组与所述流路通道相通的工作段通道；在围出工作段通道的梳齿上排列有柱状的阵列电极。其优点在于集成电极数目多，在一定程度上实现了细胞的大量融合，但其缺点在于流路通道较窄，不利于样品液的进出样及后期培养。同时，微电极产生的电场强度和电场梯度比较弱，而且加工材料选择方面抗腐蚀、抗氧化能力也较弱。

国内外相关专利如下：

200610054121.x，2006年，重庆大学；

CN1482234，2003年，中国科学院上海技术物理研究所；

4326934，April 27，1982，Pohl；

441972，April 10，1982，Pohl；

4578168，March 25，1986，Hofman；

4695547，September 22，1987，Hillard；

4699881，October13，1987，Matschke et.al；

5007995，April.16，1991，Takahizuki。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种用于细胞电融合的微电极阵列芯片，提高细胞电融合效率，降低外围电路的设计、制造难度，降低系统成本，提高系统的电气安全性和细胞电融合后细胞的成活率。

本发明的技术方案如下：

本发明提出的细胞电融合的微电极阵列芯片分为两个独立的模块：微电极阵列模块和融合池及平板电极模块。

所述微电极阵列模块分为3层，分别是硬质绝缘基底层，电极阵列层和金属层。层与层之间的连接通过键合或金属溅射、沉积或粘接实现。