本发明专利技术提供一种细胞转染装置、细胞转染方法及微流道制作方法，装置包括微流控芯片及可调谐挤压机构，微流控芯片内设有微流道，微流道内设有一受限空间，多个外源物质设于微流道内；可调谐挤压机构包括微针尖、压电致动器及悬臂梁；当压电致动器振动时，带动微针尖上下运动、挤压或脱离微流控芯片，带动受限空间内的细胞的细胞膜破坏产生通孔，外源物质通过通孔进入到细胞内。上述细胞转染装置、细胞转染方法及微流道制作方法，通过可调谐挤压机构规律性的挤压或脱离微流控芯片，使得微流道的宽度可变，从而适用于不同大小的细胞，解决了传统固定宽度的微流道只适用于特定大小或者变形力的细胞，对大分子的纳米外源物质的转染效率低下的问题。率低下的问题。率低下的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种细胞转染装置、细胞转染方法及微流道制作方法
[0001]本专利技术涉及生物转染
，特别涉及一种细胞转染装置、细胞转染方法及微流道制作方法。
技术介绍
[0002]微流控技术是指研究人员可以通过精妙的结构设计和先进微电子工艺以期达到对单个细胞进行力学、电学等物理加载。微尺度的电极技术、剪切力加载和局域加热技术与微流控技术相结合都能够用来使单个细胞膜产生暂时性通孔。
[0003]细胞内输运(Intracellular Delivery)是将诸如基因、蛋白和生物大分子等纳米尺度外源性物质转染到目标细胞的胞体内并成功表达的过程。细胞转染是指将外源分子如DNA，RNA等导入真核细胞的技术，是基因编辑、细胞治疗、再生医学和众多细胞研究领域的重要组成环节。结合了微流控技术的细胞转染技术相较于宏观的细胞转染技术具有明显的优势：可以对单细胞进行操纵并实现穿孔、同时可以在微观层面研究细胞膜穿孔的力学机理、并且可以实现目标细胞高活性等。
[0004]机械挤压(Cell Squeezing)指的是当细胞通过大约为其直径一半大小的微流控机械流道时，细胞会产生大的形变并在细胞膜上产生大量通孔。当细胞受到微流道侧壁挤压后会产生细胞膜上暂时性通孔(图1所示)，外源物质如蛋白、核酸、量子点、碳纳米管和其他纳米材料都能穿过细胞膜上通孔进入到目标细胞体内。基于机械挤压的转染方法最大的特点是器件简单，不需要其他的能量来源。细胞膜的暂时性通孔是由流体通过微流道侧壁与细胞进行相互挤压产生。然而机械挤压方法存在两个很大的弊端：
[0005](1)转染效率与细胞大小及变形力有关。这意味着对于固定宽度的微流道只适用于特定大小或者变形力的细胞。对于体积偏大的细胞会直接裂解造成细胞死亡；而对于体积偏小的细胞又无法产生足够的细胞膜变形以产生通孔。因此对于不同尺寸的细胞，需要设计不同的大小和形状的微流道机械结构来达到较高的转染效率。
[0006](2)对大分子的纳米外源物质的转染效率低下。这是由于机械挤压方法对细胞的剪切作用时间在数百毫秒量级，可被看成准静态剪切拉伸；经典的微管吸允法实验(即准静态拉伸)证明红细胞膜的极限临界应变值为2
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4％。较小的细胞膜形变无法产生更大的细胞膜通孔，因此对大分子质量的外源物质的转染效率很低。
[0007]对于传统的机械挤压细胞转染技术而言，只能通过加大流体压力或者减少微流道的宽度来使得细胞膜的变形增大。而相较于准静态拉伸，瞬态的冲击拉伸可以使细胞膜发生更大的形变而不影响细胞的活性。
技术实现思路
[0008]基于此，本专利技术的目的是提供一种细胞转染装置及方法，用于解决现有技术中传统固定宽度的微流道只适用于特定大小或者变形力的细胞，对大分子的纳米外源物质的转染效率低下的问题。
[0009]本申请一方面提供一种细胞转染装置，包括微流控芯片、及位于所述微流控芯片上方、且以一定频率挤压所述微流控芯片的可调谐挤压机构，所述微流控芯片内设有微流道，所述微流道内设有一受限空间，所述受限空间的截面尺寸不大于细胞的直径，多个外源物质设于所述微流道内；
[0010]所述可调谐挤压机构包括微针尖、压电致动器、以及连接所述微针尖与所述压电致动器的悬臂梁，所述微针尖位于所述受限空间的上方，且所述微针尖与所述受限空间的中心轴线位于同一垂直方向；
[0011]当所述压电致动器以一定频率振动时，通过所述悬臂梁带动所述微针尖随所述压电致动器的振动频率上下运动、并挤压或脱离所述微流控芯片，从而挤压或脱离所述微流道，带动所述受限空间内的细胞的细胞膜破坏产生通孔，使得所述外源物质通过所述通孔进入到细胞内。
[0012]上述细胞转染装置，通过在微流道内设置受限空间，同时，加设可调谐挤压机构规律性的挤压或脱离微流控芯片，使得微流道的宽度可变，从而适用于不同大小的细胞，满足对大分子的纳米外源物质的转染，避免了传统的微流道的宽度固定不变，导致只适用于特定大小或者变形力的细胞的方案，具体的，通过悬臂梁带动微针尖随压电致动器的振动频率上下运动、并挤压或脱离微流控芯片，从而挤压或脱离微流道，带动受限空间内的细胞的细胞膜破坏产生通孔，使得外源物质通过通孔进入到细胞内，解决了传统固定宽度的微流道只适用于特定大小或者变形力的细胞，对大分子的纳米外源物质的转染效率低下的问题。
[0013]另外，根据本专利技术上述的细胞转染装置，还可以具有如下附加的技术特征：
[0014]进一步的，所述装置还包括动力机构，通过所述动力机构将细胞压入至所述微流道内，进而穿过所述受限空间，带动细胞在所述微流道内完成转运。
[0015]进一步的，所述装置还包括可移动的微位移平台，所述微流控芯片设于所述微位移平台上，通过调整所述微位移平台的位置，从而调整所述微流控芯片与所述可调谐挤压机构的相对空间位置。
[0016]进一步的，所述微流控芯片为高分子材料。
[0017]进一步的，所述受限空间位于所述微流道的中部、且横截面的尺寸小于所述微流道的横截面尺寸。
[0018]进一步的，所述装置还包括控制机构，所述控制机构连接所述可调谐挤压机构、且为其提供工作指令。
[0019]本申请另一方面提供细胞转染方法，采用上述的细胞转染装置，所述方法包括：
[0020]当计算机设备获取到波形信号时，通过信号发生器将所述波形信号转换成控制信号，并将所述控制信号传递给压电驱动器；
[0021]当所述压电驱动器接收到所述控制信号时，将所述控制信号转换为固定频率并输出至悬臂梁，带动所述悬臂梁规律性运动，从而带动设于所述悬臂梁端部的微针尖规律性的敲击微流控芯片；
[0022]当所述微针尖敲击所述微流控芯片时，所述微流控芯片内的微流道被挤压，使得所述微流道的侧壁变形并挤压所述微流道内的液态，导致当细胞经过所述微流道内的受限空间时，所述细胞受到来自所述微流道的挤压；
[0023]当所述细胞受到来自所述微流道的挤压时，所述细胞的细胞膜产生暂时性通孔，使得外源物质穿过所述通孔进入到所述细胞的体内，实现细胞内输运，完成细胞转染。
[0024]另外，根据本专利技术上述的细胞转染方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0025]进一步的，所述通过信号发生器将所述波形信号转换为控制信号的步骤包括：
[0026]所述信号发生器获取所述波形信号；
[0027]将获取到的所述波形信号转换为电信号，并将所述电信号输出至信号放大器；
[0028]当所述信号放大器接收到所述电信号时，将获取到的所述电信号转换为所述控制信号。
[0029]本申请另一方面还提供一种微流道制作方法，应用于上述的细胞转染装置中的微流道，所述制作方法包括：
[0030]选择目标光刻胶，将所述目标光刻胶在硅片上旋涂一定厚度，并将涂有光刻胶的硅片进行热板前烘处理；
[0031]将经热板前烘处理后的硅片进行紫外曝光处理，所述曝光处理的曝光剂量由汞灯光强和曝光时间进行控制，将经曝光处理后的硅片放入所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种细胞转染装置，其特征在于，包括微流控芯片、及位于所述微流控芯片上方、且以一定频率挤压所述微流控芯片的可调谐挤压机构，所述微流控芯片内设有微流道，所述微流道内设有一受限空间，所述受限空间的截面尺寸不大于细胞的直径，多个外源物质设于所述微流道内；所述可调谐挤压机构包括微针尖、压电致动器、以及连接所述微针尖与所述压电致动器的悬臂梁，所述微针尖位于所述受限空间的上方，且所述微针尖与所述受限空间的中心轴线位于同一垂直方向；当所述压电致动器以一定频率振动时，通过所述悬臂梁带动所述微针尖随所述压电致动器的振动频率上下运动、并挤压或脱离所述微流控芯片，从而挤压或脱离所述微流道，带动所述受限空间内的细胞的细胞膜破坏产生通孔，使得所述外源物质通过所述通孔进入到细胞内。2.根据权利要求1所述的细胞转染装置，其特征在于，所述装置还包括动力机构，通过所述动力机构将细胞压入至所述微流道内，进而穿过所述受限空间，带动细胞在所述微流道内完成转运。3.根据权利要求1所述的细胞转染装置，其特征在于，所述装置还包括可移动的微位移平台，所述微流控芯片设于所述微位移平台上，通过调整所述微位移平台的位置，从而调整所述微流控芯片与所述可调谐挤压机构的相对空间位置。4.根据权利要求1所述的细胞转染装置，其特征在于，所述微流控芯片为高分子材料。5.根据权利要求1所述的细胞转染装置，其特征在于，所述受限空间位于所述微流道的中部、且横截面的尺寸小于所述微流道的横截面尺寸。6.根据权利要求1所述的细胞转染装置，其特征在于，所述装置还包括控制机构，所述控制机构连接所述可调谐挤压机构、且为其提供工作指令。7.一种细胞转染方法，其特征在于，采用上述权利要求1
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6任一项所述的细胞转染装置，所述方法包括：当计算机设备获取到波形信号时，通过信号发生器将所述波形信号转换成...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈建锋，段仰康，陈笑笑，许文虎，钟敏，易美荣，李小兵，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：
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