一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置及制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及细胞电融合芯片领域，公开了一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置及制备方法，细胞电融合芯片装置包括图案化ITO叉指电极层和流路控制模块，图案化ITO叉指电极层连接有外细胞电融合仪，图案化ITO叉指电极层包括依次设置的基底层、ITO电极层和PDMS双侧流场配对结构层，PDMS双侧流场配对结构层包括双侧流场配对结构和通道，且双侧流场配对结构和通道对称设置。本发明专利技术能够实现细胞的高效电融合。胞的高效电融合。胞的高效电融合。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置及制备方法


[0001]本专利技术涉及细胞电融合芯片领域，具体涉及一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置及制备方法。

技术介绍

[0002]电融合技术是上世纪80年代建立起来的一种新型促融合技术。当细胞置于非常高的电场中，细胞膜就变得具有通透性，能让外界的分子扩散进细胞内，这一现象称为电融合，又叫电穿孔。运用这一技术，许多物质，包括DNA、RNA、蛋白质、药物、抗体和荧光探针都能载入细胞。与其他常用的导入外源物质的方法相比，电融合具有很多有点：一、电融合不必象显微注射那样使用玻璃针，不需要技术培训和昂贵的设备，可以一次对成百万的细胞进行注射；二、与用化学物质相比，电融合几乎没有生物或化学副作用；三、因为电融合是一种物理方法，较少依赖细胞类型，因而应用广泛。
[0003]尽管细胞电融合技术在育种、杂交研究和细胞克隆方面得到了成功应用，但是还存在一些问题。传统细胞合技术由于依赖于待融合细胞的随机接触，这就造成了同种细胞自融合现象，大大降低了融合的效率，造成了珍贵细胞资源的浪费；而且待融合细胞如果尺度差异较大，那么由于跨膜电位的巨大差异最终也会使得融合效率极低。本技术方案主要聚焦于提高细胞电融合中异源细胞的配对效率问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置及制备方法，以解决现有技术中细胞融合时因随机接触导致的配对效率低的问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置，包括图案化ITO叉指电极层和流路控制模块，图案化ITO叉指电极层连接有外细胞电融合仪，图案化ITO叉指电极层包括依次设置的基底层、ITO电极层和PDMS双侧流场配对结构层，PDMS双侧流场配对结构层包括双侧流场配对结构和通道，且双侧流场配对结构和通道均设置有多个并呈双侧对称设置。
[0006]另一方面，本技术方案还已提供一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置的制备方法，包括如下步骤：
[0007]步骤一、采用湿法刻蚀法加工图案化ITO叉指电极层；
[0008]步骤二、构建PDMS双侧流场配对结构，利用PDMS多聚物通过软光刻工艺和倒模构建；
[0009]步骤三、制备PDMS融合结构芯片，通过软光刻工艺和倒模构建；
[0010]步骤四、等离子清洗；
[0011]步骤五、键合。
[0012]本方案的原理及优点是：实际应用时，针对现有技术中细胞融合(尤其是异源细胞
融合)由于随机接触与膜电位差异导致的融合效率低的问题，专利技术人聚焦于提高细胞电融合中异源细胞的配对效率，并针对融合芯片的结构(尤其是配对结构)进行了设计。采用微流控芯片技术，通过对微尺度流动腔道以及流动控制、电场控制，达到精确控制细胞运动的目的；同时结合微流体控制、介电电泳等手段，在微结构、微电极等辅助下，有效控制同源或异源细胞精确配对。本方案的芯片结构，待融合的细胞沿两侧通道分别进入捕获结构内后，图案化ITO叉指电极层通过与外细胞电融合仪形成连接，外界电信号将引入到ITO叉指电极上，相邻的微电极间将形成足够强度的电场，实现芯片内部的细胞的高效电融合。通过流路控制模块可实现细胞的进样、捕获配对和出样。
[0013]优选的，作为一种改进，ITO电极层上设置有叉指电极阵列，叉指电极阵列整体呈梳齿结构，且叉指电极阵列包括若干叉指电极。
[0014]本技术方案中，通过将叉指电极设置为阵列的梳齿状结构，在将外界电信号将引入到ITO叉指电极上后，相邻的微电极间将形成足够强度的电场，实现芯片内部的细胞的高效电融合。
[0015]优选的，作为一种改进，叉指电极的宽度均为150～200μm，相邻两个叉指电极的距离为60～80μm。
[0016]本技术方案中，叉指电极的宽度的优化既要能使得其在实验所给定的低电压条件下满足细胞穿孔所需的电场强度，又要在实验室能够达到的制作工艺条件；上述的宽度范围为经过试验验证的较优范围，相邻两个叉指电极之间的距离太大，则要达到细胞穿孔所需要施加的电压就越大，对于外界电气的要求变高；而太窄则可能在现有的工艺条件下无法将电极刻蚀出来，且施加很小的电压便有可能将细胞击穿电死，难以探究合适的实验参数。
[0017]优选的，作为一种改进，通道呈蛇形结构，蛇形通道的长度为300～400μm，宽度为40～50μm，高度为20～30μm。
[0018]本技术方案中，通过将通道设置为蛇形结构，能够提高空间利用率，在有限的空间下能够延伸更长的长度；蛇形通道方便多个捕获单元的集成，提高通量；蛇行通道的长度及宽度、高度等是基于实验选用细胞进行的针对性设计，能够满足高效配对的需求。
[0019]优选的，作为一种改进，通道内设置有若干重复捕获单元，重复捕获单元均包括蛇行通道段、捕获位点结构和流阻调节微通道，捕获位点结构为直径9～11μm的圆形结构，相邻两个捕获位点的距离为75～150μm；流阻调节微通道长度为4～6μm，宽度为4～6μm，高度为20～30μm；所述捕获位点结构均设置有7μm开口，用于实现双侧通道的连通，构成一对配对结构。
[0020]本技术方案中，通道整体呈蛇形结构，在蛇形结构的每一重复回转结构单元即为蛇行通道段，本方案在每个蛇行通道段上均设置捕获位点和流阻调节通道，能够实现芯片的高通量，而且通过在捕获位点处设置开孔，能够实现两侧通道的连通，进而实现异源细胞的配对和融合。
[0021]优选的，作为一种改进，流路控制模块包括PDMS融合结构芯片和导管，PDMS融合结构芯片上设置有两个进样口、两个出样口、微通道和四个储样池，微通道的结构部分和储样池均设置在PDMS融合结构芯片的底部，进样口和出样口分别设置在对应储样池的垂直正上方，微通道结构部分设置在四个储样池之间。
[0022]本技术方案中，储样池为待融合细胞存储提供空间，待融合的细胞经过微通道沿进样口进样到芯片内部，实现捕获和融合，结构设计合理。
[0023]优选的，作为一种改进，进样口与出样口的直径均为2～5mm。
[0024]本技术方案中，进出样口的大小主要是为了匹配实验所需要的外接压力泵管道而设计的。
[0025]优选的，作为一种改进，步骤二、步骤三中，软光刻工艺和倒模工艺具体包括如下步骤：
[0026](1)利用软光刻工艺，加工厚度为20～35μm的模具；
[0027](2)将模具固定于一亚克力模具上；
[0028](3)倒入PDMS混合胶，静止后抽真空；
[0029](4)置于加烘箱中60～80℃加热固化；
[0030](5)倒模。
[0031]优选的，作为一种改进，步骤四中，等离子清洗的条件为清洗时间10～15秒；步骤五中，键合工艺为热键和，键合温度为100～150℃。。
[0032]本技术方案中，等离子清洗的时间主要影响芯片和ITO电极的键合效果，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置，其特征在于：包括图案化ITO叉指电极层和流路控制模块，所述图案化ITO叉指电极层连接有外细胞电融合仪，图案化ITO叉指电极层包括依次设置的基底层、ITO电极层和PDMS双侧流场配对结构层，所述PDMS双侧流场配对结构层包括双侧流场配对结构和通道，且双侧流场配对结构和通道均设置有多个并呈双侧对称设置。2.根据权利要求1所述的一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置，其特征在于：所述ITO电极层上设置有叉指电极阵列，叉指电极阵列整体呈梳齿结构，且叉指电极阵列包括若干叉指电极。3.根据权利要求2所述的一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置，其特征在于：所述叉指电极的宽度均为150～200μm，相邻两个叉指电极的距离为60～80μm。4.根据权利要求3所述的一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置，其特征在于：所述通道呈蛇形结构，蛇形的通道的长度为300～400μm，宽度为40～50μm，高度为20～30μm。5.根据权利要求4所述的一种基于双侧流场配对结构阵列的细胞电融合芯片装置，其特征在于：所述通道内设置有若干重复捕获单元，重复捕获单元均包括蛇行通道段、捕获位点结构和流阻调节微通道，所述捕获位点结构为直径9～11μm的圆形结构，相邻两个捕获位点的距离为75～150μm；流阻调节微通道长度为4～6μm，宽度为4～6μm，高度为20～30μm；所述捕获位点结构均设置有7μm开口，用于实现双侧通道的连通，构成一对配对结构。6.根据权利要求5所述的一种基于双侧流场配对结构阵列的...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，柏亚七，胡宁，杨军，张小玲，郑小林，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：