一种流式电穿孔装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种流式电穿孔装置，包括支架和限定流体流动通道的平面电极，两片平面电极平行嵌入支架，所述平面电极包括设置与高压脉冲电源有电联系的装置，从而使沿所述流体流动通道移动的流体经历脉冲电场；通过优化流体驱动装置的位置，使细胞‑生物活性物质混悬液能够均匀地进入电穿孔室，同时电击处理后的细胞及电转产生的其他物质也能够顺利地从电穿孔室排出。本实用新型专利技术所述的流式电穿孔装置能够用于超大体积细胞液处理，显著提高电转染效率的同时显著提高细胞的存活率。

【技术实现步骤摘要】
一种流式电穿孔装置
本技术涉及电穿孔领域，特别是涉及流式电穿孔装置，通过电场将流动的生物活性物质递送进流动的活细胞的方法和装置。
技术介绍
电穿孔现象是20世纪70年代发现的，利用电场处理细胞，形成微孔，但是不对细胞造成永久性的损伤，微孔可自行复位。这项发现使生物活性物质进入细胞成为可能。已有的研究发现，有四个现象可能在电穿孔的过程中起作用。第一个现象是绝缘击穿。绝缘击穿指的是高电场在细胞膜上产生小的微孔或洞的能力。一旦产生微孔，细胞就可以荷载生物活性物质。第二个现象是绝缘聚束效应，它指的是在均匀的电场中通过泡囊的堆放产生相互自吸引。第三个现象是泡囊融合。泡囊融合指的是通过绝缘击穿产生微孔的生物泡囊的膜在近距离内与其在绝缘击穿位点处结合在一起的趋势。第四个现象是在高频电场存在下细胞沿着它们的一个轴排列成一条直线的趋势。因此，为了荷载和卸下细胞泡囊，电穿孔涉及在泡囊旋转预定位，泡囊穿孔和泡囊的介电常数中的应用。在现有技术中可得到的电穿孔室大多被设计为仅在静态使用，这些静态的电穿孔室受体积的限制，不适于处理大量的样品，也不能使用高压或重复的充电。为了进行大体积处理细胞，发展出了流式电穿孔室。流式电穿孔指的是这样的过程，其包括：将细胞的悬浮液和外源的生物活性物质的混悬液转移到由流体室或流体流道构成的设备中；所述流体室或流体流道由沿着流体室或流体流道的侧面设置、并且被配置为、使所述流体室或流体流道内的混合液受到适合于电穿孔的电场作用的电极构成；以及将经过电穿孔的细胞悬浮液从设备中转移出。该方法对于大规模体积的细胞特别有效。一般来说，用于流式电穿孔的装置包含两个平面电极，要进行电穿孔的细胞悬液持续而稳定地流过两个电极之间，直到整个细胞悬液都进行了电穿孔。流式电穿孔装置包含带电极和接口的电穿孔室，细胞悬液可通过接口注入。电极与能给电极提供高压脉冲的电路相连。高压脉冲由程序控制计算机控制。现在已开发出了流式电穿孔系统，该系统能够对较大体积的细胞进行电穿孔，获得导入目的分子的活细胞。但是，目前成功商业化的流式电穿孔仪却极为少见，一方面与市场的需求有直接的关联，另一方面是由于电穿孔的效率和产品的稳定性有关。流式电穿孔的条件因细胞类型的不同而不同，还因期望导入到细胞内的分子的类型不同而不同。对于任何一个特定类型的细胞来说，都存在一个最佳的处理条件，其中包括最佳电压、脉冲宽度，最佳时间间隔、脉冲次数进行脉冲。为了使施加到细胞上的电脉冲次数达到最佳，在使用本领域所描述的流式电穿孔装置时，细胞悬液通过电穿孔室、在电极之间的流速以及脉冲的频率都是可以选择的，从而对一定体积的细胞悬液进行最佳次数的脉冲。例如，对于一个特定细胞来说，如果已知每个细胞上施加的最佳脉冲数是2，通过电穿孔室的体积是1ml，那么，流速就设定为每一单位时间1ml，每一单位时间内施加的脉冲次数为2。如果以这种方式进行电穿孔，在这个例子中每个细胞就会受到2次脉冲。但是，细胞悬液通过电穿孔室的水动力学流动会导致细胞以不同的速率通过室以及在电极之间流动。由于离室壁远的地方比靠近室壁的地方流速高，因此，在电极之间向液流中心流动的细胞通过电极之间的区域所需要的时间会低于单位时间，其受到的脉冲次数可能会少于2次，而靠近室壁流动的细胞通过电极之间的区域所需要的时间会高于单位时间，其受到的脉冲次数可能高于2次。由于在这个例子中每个细胞受到的最佳脉冲次数为2次，但是，很明显并不是每个细胞都受到了最佳次数的脉冲，因此，细胞悬液的整体电穿孔效果就不是最佳的。电穿孔的最佳条件根据电穿孔的特定细胞类型以及想要通过电穿孔导入到细胞内的分子类型的不同而不同。利用试验的方法解决这个问题是可能的，利用静态的室有组织地改变电穿孔的条件，然后将确定于这些试验的最佳条件应用到流式电穿孔系统中。这个方法有两个缺点。第一，由于进行大量样品的静态室电穿孔需要耗费大量的时间，因此，用于每次静态电穿孔的细胞在试验中也会发生改变。第二，使用这种方法只是因为人们认为静态室电穿孔的最佳条件与流式电穿孔是一样的，但是并不知道这是否真实。我们期望的是利用一个细胞样品就能够确定使用同一个装置进行所有电穿孔试验的最佳条件，这个条件可用于治疗或其他目的所需的细胞大规模电穿孔。电转杯主要是以插入金属电极的比色杯形式，用于电穿孔或电融合。用于这种用途的容器多半是小容器，其底部封闭，顶部开口，且内部空间通过两对平行相对布置的侧壁构成。内部空间的作用是接收其中悬浮了待处理细胞的细胞悬浮液，即通常是缓冲水溶液或细胞培养介质。这种比色杯多半包含布置在一对相对排布的侧壁底部附近的施加电压的一对电极。放电期间，电流流过两个电极之间的细胞悬浮液，能使核酸或其他分子进入细胞或根据所选择的条件而导致细胞融合。电极多半由金属制成，其中铝最常用。但这些公知的、可商购的比色杯有一个缺点，就是金属离子在放电期间会发射到缓冲溶液中，对细胞产生不希望有的刺激，使细胞中毒。例如，采用铝制比色杯，可说明由于Al3+离子的释放产生的副作用。此外，采用具有金属制成的电极的比色杯，会发生不希望有的沉淀，这也是由于从电极释放金属离子产生的。这种沉淀可以是金属氢氧化物或金属离子与缓冲溶液中的生物大分子的结合物。最后，铝制比色杯的另一个缺点是，比色杯的电阻在放电期间降低，大概是由于具有较高电阻的氧化铝层通过电流而从电极脱落。现有技术中对电极材料做了尝试性的改进，例如，专利CN03805811.1公开了一种掺杂至少一种导电物质的塑料的导电合成材料制成的电极，并且塑料中的掺杂物的总浓度为20-80％w/w，掺杂物由碳纤维、石墨、碳黑和/或碳纳米管组成，能够用电流有效处理细胞、细胞衍生物。专利CN201610044870.8公开了一种细胞电转染装置，电极表面具有纳米线结构，纳米线选自氧化铜纳米线、二氧化钛纳米线、金纳米线、银纳米线、铜纳米线、钛纳米线、铁纳米线、铂纳米线、钛铂合金纳米线、氧化铁纳米线、二氧化锡纳米线、金属包覆的硅纳米线中的任一种，使用的转染电压小于等于10V，利用电极表面微观结构使局部场强增加3-4个数量级，但是该电转染装置仅仅是用于贴壁细胞的静态电穿孔。根据研究人员的研究，目前流式电转染过程中存在的主要技术问题是电解水造成的阴极周围溶液pH变化、阳极电极表面氧化产生有害物质、电流的焦耳效应导致溶液温度升高以及电转产生的气泡等异物引起电场强度及其分布的变化。本技术的流式电穿孔室的研发过程中，电极研发作为核心内容，其中电极材料更是关键，电极材料直接与细胞溶液接触，在电穿孔过程中发生电化学反应，导致电场变化，影响结果，同时不稳定的阳极材料会有金属离子析出，引起细胞死亡或污染细胞溶液，造成更大的危害。因此，本技术研发的具有生物兼容性的稳定电极材料是解决流式电穿孔商业化应用的首要问题。本技术的流式电穿孔室在电穿孔过程，电极与细胞溶液接触，在电极表面易发生电解水反应，产生气泡，理想情况下，气泡会随着液体流动，快速从电极内部排出。但是由于电极结构和电极材料表面粗糙度的影响，如果气泡在电穿孔室内部滞留，由于气泡不导电，电极内电场强度分布发生变化；同时气泡占据腔室，会改变溶液流速，导致细胞流过电极区域接受到的电流脉冲信号次数和强度的改变，造成电穿孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种流式电穿孔装置，其特征在于，包括支架和限定流体流动通道的平面电极，两片平面电极平行嵌入支架，所述平面电极包括设置与高压脉冲电源有电联系的装置，从而使沿所述流体流动通道移动的流体经历脉冲电场；还包括流体驱动装置，所述平面电极的材料选自金、银、钛、铂、铱、铌、钌、铑、钼、钨、导电陶瓷，或含有金、银、钛、铂、铱、铌、钌、铑、钼、钨、导电陶瓷作为涂层或镀层的导电材料中的一种或几种，所述流体驱动装置为蠕动泵或磁力泵，所述流体驱动装置采用正压和/或负压的方式驱动流体流经限定流体流动通道。

【技术特征摘要】
1.一种流式电穿孔装置，其特征在于，包括支架和限定流体流动通道的平面电极，两片平面电极平行嵌入支架，所述平面电极包括设置与高压脉冲电源有电联系的装置，从而使沿所述流体流动通道移动的流体经历脉冲电场；还包括流体驱动装置，所述平面电极的材料选自金、银、钛、铂、铱、铌、钌、铑、钼、钨、导电陶瓷，或含有金、银、钛、铂、铱、铌、钌、铑、钼、钨、导电陶瓷作为涂层或镀层的导电材料中的一种或几种，所述流体驱动装置为蠕动泵或磁力泵，所述流体驱动装置采用正压和/或负压的方式驱动流体流经限定流体流动通道。2.根据权利要求1所述的流式电穿孔装置，其特征在于，采用负压的方式驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱士英，杨昌陈，高腾森，汪莹，
申请(专利权)人：苏州壹达生物科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32