本发明专利技术提出了一种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，它由外壳、固定于外壳内的微电极阵列芯片、连通外壳内外的进出样导管和封装在外壳表面的硅玻璃片组成；所述微电极阵列芯片从下至上依次由硅质基底层、二氧化硅绝缘层、低阻硅电极层和二氧化硅保护膜构成，采用微加工技术在绝缘体上硅材料的低阻硅电极层上刻蚀凹槽至二氧化硅绝缘层形成微电极结构，外界电信号借助微通道的微尺度和排布，可在其内部形成足够强度的梯度电场，提高细胞电融合效率。同时，该芯片上构造的直线型微通道有助于细胞悬浮液的流动，尽可能低的降低细胞在流动过程中的黏附，开展连续流的细胞电融合实验，可近似于提供无限量的融合后细胞。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物细胞电融合的装置。具体地，本专利技术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。
技术介绍
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￡= %/，可知在外界电压r恒定的情况下通过缩短电极的间距即J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100pm，仅需要 1()G或10i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，故在本专利技术中，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、交错型和电极一平板型。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。本专利技术能够较好的解决以上为题。国内外相关专利如下200810069511.3， 2008年，重庆大学；200710092892.2， 2007年，重庆大学；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，张涛等；CN86210174， 1995年，辽宁肿瘤研究所，梁伟；4326934， April 27， 1982， Pohl;441972， April 10， 1982， Pohl;4578168， March 25,1986,Hofman;4695547，September22，1987,HiUard;4699881,Oct. 13,1987,Matschke et. al;5007995,Apr. 16,1991 ，Takahizuki.
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于绝缘体上硅结构的连续流细 胞电融合芯片，利用绝缘体上硅(SOI)材料"衬底层一绝缘层一低阻硅层"的特性，形成 微电极阵列芯片，获得足够强度的梯度电场，提高细胞排队、融合能力，改善细胞电融合的 效果，芯片上集成了超过103以上的微电极对，配合流路控制装置，可以实验连续流的细胞电融合，可以得到高量的融合后细胞，以进行后期的筛选和培养，提高细胞电融合效率，并且该芯片具备清洗后再次使用的功能，降低成本，提高可用性。 本专利技术的技术方案如下一种基于绝缘体上硅结构的连续流细胞电融合芯片，它由外壳、固定于外壳内的微电极 阵列芯片、连通外壳内外的进出样导管和封装在外壳表面的硅玻璃片组成；外壳、导管采用 不锈钢等材料加工制成，采用整体绝缘工艺进行了绝缘处理。所述微电极阵列芯片采用绝缘 体上硅材料，从下至上依次由硅质基底层、二氧化硅绝缘层、低阻硅电极层和二氧化硅保护 膜构成，采用微加工技术在低阻硅电极层上刻蚀凹槽至二氧化硅绝缘层形成微电极阵列结构， 微电极阵列结构与上下的硅玻璃片和二氧化硅绝缘层组成了微通道，所述微通道为直线型， 在芯片上可以集成至少两条，电极的尺度及电极间的间距可以根据试验对象的不同进行调整。 微通道两端的进样口和出样口与导管相连，可开展细胞的连续流电融合，阵列化的微电极和 连续流电融合可达到细胞的大量融合、提高细胞的融合效率的目的。微电极阵列经金属引线 与外壳底部对应引脚相连，微电极之间的直线型微通道为工作通道。所述微电极阵列分布于直线型微通道两侧，微电极排布方式分为对称型，即齿状微电极 呈现水平对称的排布方式，或者交错型，即齿状微电极呈现交错对称的排布方式排除，或者 平板一电极型，即一边梳齿上为齿状微电极， 一边梳齿上为平板电极的排队方式。考虑到生物细胞的典型尺寸在l~5(Vm，芯片中的微通道深度设定在50nm，宽度设定在 50~100,。芯片采用标准外壳封装结构，加工完成的绝缘体上硅芯片置于外壳底部，通过黏合剂进 行固定，然后通过键合技术用金丝将芯片电极与外壳底部引脚相连，将导管插入进样口和出 样口，最后用硅玻璃片将微电极阵列芯封装在外壳内，形成密闭的微通道。通过采用外壳上 的过孔和管道进行进样与出样，保证样品液的自动化、无菌化操作。基于绝缘体上硅结构的连续流细胞电融合芯片采用传统集成电路(IC)加工工艺和 MEMS加工工艺相结合的方式，选用绝缘体上硅片作为加工材料，刻蚀出微电极阵列结构， 绝缘体上硅结构中的顶层低阻硅采用了深度推结工艺，改善了微电极在纵/横向电压分布的均 匀性，并溅射硅铝(Si-Al)形成引线层，提高了芯片的电气性能，同时，采用等离子增强化 学气相淀法(PECVD)工艺实现二氧化硅(Si02)对芯片的整体钝化，提高了芯片的抗氧化、 抗腐蚀性能，也在一定程度上提高了芯片的生物相容性，提高了细胞的活性，进而间接提高 了细胞融合效率；本专利技术与现有技术相比较，其技术优点在如下1、 它利用绝缘体上硅材料"衬底层一绝缘层一低阻硅层"的结构特性，在低阻硅层使 用MEMS加工工艺本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于绝缘体上硅结构的连续流细胞电融合芯片，其特征在于：它由外壳、固定于外壳内的微电极阵列芯片、连通外壳内外的进出样导管和封装在外壳表面的硅玻璃片组成；所述微电极阵列芯片采用绝缘体上硅材料，从下至上依次由硅质基底层、二氧化硅绝缘层、低阻硅电极层和二氧化硅保护膜构成，采用微加工技术在低阻硅电极层上刻蚀凹槽至二氧化硅绝缘层形成微电极阵列结构，微电极阵列结构与上下的硅玻璃片和二氧化硅绝缘层组成了微通道，所述微通道为直线型，在芯片上集成至少两条，微通道两端的进样口和出样口与导管相连，开展细胞的连续流电融合，微电极阵列结构经引线与外壳底部对应引脚相连，微电极之间的直线型微通道为工作通道。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨军，胡宁，郑小林，侯文生，罗洪艳，曹毅，杨静，夏斌，许蓉，徐涛，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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