【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳流控领域，具体涉及一种基于机电协同作用的高通量微纳器件及其制备方法与应用。
技术介绍
1、细胞外囊泡是由多种细胞分泌的一种具有磷脂双分子层结构的纳米颗粒，直径约为30nm–2000nm，其作为细胞之间的通讯媒介或运载工具，可实现脂质、核酸、蛋白质和酶等物质的转移和运输。相比于传统的纳米颗粒、脂质体以及病毒等纳米装载系统，细胞外囊泡由于其具有免疫原性低、循环时间长、器官毒性低、生物相容性好以及组织穿透力强等优势，因而被视为一种新兴的天然纳米运载体。因此，基于细胞外囊泡构建新型的纳米递送系统对实验研究以及临床应用具有重要的理论意义和实用价值。
2、为了实现将外源物质装载到细胞外囊泡内部，最为常用的方法之一为电穿孔法，其基本装载过程包括，将细胞外囊泡和外源物质混合均匀后加入电转杯中，然后将电转杯置于电转仪中，通过电转仪施加高电压刺激细胞外囊泡，使其膜表面的磷脂分子运动而形成暂时的孔洞结构，外源物质分子通过膜表面孔洞结构进入细胞外囊泡内部，电场作用后膜表面的磷脂分子重新排列而恢复为完整状态，从而实现了外源物质被装载到细胞外囊泡内部。尽管这种装载方法借助于电场作用，可以有效提高细胞外囊泡的装载效率，但传统电穿孔方法主要依赖于体积庞大的传统设备，大尺寸的样本处理单元导致施加电压过大，并且不同细胞外囊泡易受到不均匀电场刺激，不仅会干扰或破坏外源物质，甚至破坏细胞外囊泡的完整性和生物活性。因此，有必要研发更加安全、高效且物理场作用均匀可控的装载方法。
3、微纳流控技术由于其特征尺寸与细胞外囊泡尺寸相似，
4、上述现有技术存在如下技术缺陷：
5、(1)现有技术方案在实现细胞外囊泡装载外源物质时，仅仅采用了电穿孔方法或机械挤压穿孔方法中的一种。这种单一的装载模式导致多物理场协同作用缺乏，作用效果十分有限，从而使细胞外囊泡的装载效率相对较低。
6、(2)现有电穿孔方法存在核心处理单元尺寸过大的局限性，导致细胞外囊泡所受电场作用不均匀，并且外加电压较大还会引发外源物质沉降等问题，甚至破坏细胞外囊泡的完整性和生物活性。
7、(3)现有机械挤压穿孔方法存在纳通道尺寸固定而不能有效处理尺寸小于纳通道高度的细胞外囊泡，导致部分小尺寸细胞外囊泡仅受到较弱机械挤压作用，从而导致细胞外囊泡无法装载外源物质。
8、(4)现有机械挤压穿孔方法所依赖的微纳流控芯片，其内部仅集成了微通道阵列和纳通道阵列，并未在微纳通道阵列内部大规模集成微纳电极阵列，导致现有技术在细胞外囊泡装载应用中缺乏多物理场协同操控的可能性。
9、(5)现有微纳器件普遍存在通量低的问题，在短时间内只能处理少量的细胞外囊泡样品，难以满足动物实验和临床应用的需求。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的问题，提供了一种具有微纳结构和电极阵列的流体控制装置，该装置利用机械作用和电场作用协同实现生物颗粒的可逆性穿孔以及外源物质装载。
2、本专利技术第一个方面提供了一种具有微纳结构和电极结构的流体控制装置，其具有微通道阵列、纳通道阵列和电极阵列；
3、所述微通道阵列包括入口微通道阵列和出口微通道阵列；所述入口微通道阵列包括至少一条入口微通道，所述出口微通道阵列包括至少一条出口微通道；所述纳通道阵列包括至少一条纳通道；
4、所述的入口微通道阵列和出口微通道阵列之间仅通过纳通道连通，并形成仅能够通过入口流入，出口流出的微纳通道网络；
5、所述入口微通道阵列与入口连接，出口微通道与出口连接；
6、所述电极阵列包括第一电极阵列和第二电极阵列，所述第一电极阵列包括至少一个第一电极，第二电极阵列至少包括一个第二电极，所述第一电极与第二电极成对设置，并能够在第一电极与第二电极之间形成均匀电场；
7、所述第一电极阵列与第一节点连接，第二电极阵列与第二节点连接；第一节点和第二节点分别连接电源；
8、纳通道的宽度大于或等于待穿孔以及装载的生物颗粒的粒径；所述纳通道的高度为待穿孔以及装载生物颗粒粒径的20％–200％；纳通道内部或两侧设置有第一电极与第二电极；第一电极与第二电极的厚度为纳通道的高度的80％–110％；所述第一电极与第二电极能够为通过纳通道的待穿孔以及装载生物颗粒提供均匀电场。
9、在本专利技术的技术方案中，所述纳通道的截面形状为正方形、长方形、梯形、圆形、三角形。
10、在本专利技术的技术方案中，所述纳通道为直线形、蛇形、弓形、波浪形、螺旋形、圆形。
11、在本专利技术的技术方案中，所述电极阵列位于纳通道内部，每条纳通道包含至少一对的第一电极和第二电极；第一电极和第二电极沿着纳通道内溶液流动方向，设置在纳通道的两侧和或内部。
12、在本专利技术的一些技术方案中，第一电极阵列和第二电极阵列中分别包含多个第一电极和第二电极，第一电极阵列与第二电极阵列呈叉指状平行排列。
13、在本专利技术的技术方案中，微通道阵列和纳通道阵列分别设置在不同层基底，或者设置在同一层基底。
14、在本专利技术的技术方案中，微通道阵列和纳通道阵列分别设置在不同层基底或同一层基底，且微通道阵列和纳通道阵列交替堆叠排列。
15、在本专利技术的技术方案中，微通道阵列和纳通道阵列分别设置在不同层基底或同一层基底，且包含微通道阵列的基底为至少一层，优选为1层，2层或3层。
16、在本专利技术的技术方案中，入口微通道阵列和出口微通道阵列在相同层基底，或设置在不同层基底。
17、在本专利技术的技术方案中，所述入口和出口设置在相同层基底，或设置在不同层基底；所述入口和所述出口分别设置在包含微通道阵列的基底中，或者设置在包含纳通道阵列的基底中。
18、在本专利技术的技术方案中，所述入口微通道或出口微通道的数量大于1时，所述入口微通道或出口微通道的深度和宽度相同或不同。
19、在本专利技术的技术方案中，生物颗粒包括粒径为微米或纳米的生物粒子，所述粒径为30nm–2000nm。例如为30nm、50nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm、1200nm、1400nm、160本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有微纳结构和电极结构的流体控制装置，其具有微通道阵列、纳通道阵列和电极阵列；
2.根据权利要求1所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，所述微通道的深度和宽度均大于待穿孔以及装载的生物颗粒的粒径，所述微通道的深度和宽度相同或不同；
3.根据权利要求1–2任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，所述电极的长度大于或等于纳通道长度；
4.根据权利要求1–3任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，电极阵列的第一电极或第二电极的宽度为1μm以上；优选为，1μm–100μm；
5.根据权利要求1–4任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，制备所述纳通道阵列的材质为微纳加工材料，优选为玻璃、石英、硅片、氮化硅片、二氧化硅片、碳化硅片、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl methacrylate)、聚一氯对二甲苯(ParyleneC)、聚碳酸酯(Polycarbonate)、环烯烃共聚物(Cyclic olefincopolymer)、环烯烃聚合物(C
6.根据权利要求1–5任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，所述的电极通过薄膜生长方式沉积于基底上，优选地，所述薄膜生长的方法包括溅射、蒸发、化学气相沉积、外延生长、电化学沉积喷墨打印、丝网印刷、化学自组装、纳米压印、3D打印以及双光子打印。
7.根据权利要求1–6任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，所述电极的制备方法包括以下步骤：
8.根据权利要求1–7任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置的制备方法，其包括以下步骤：
9.根据权利要求1–7任一项所述的具有微纳结构和电极结构的流体控制装置的用途；所述的用途为用于生物颗粒的可逆性穿孔和/或装载外源物质；
10.一种生物颗粒的可逆性穿孔和/或装载的方法；
...【技术特征摘要】
1.一种具有微纳结构和电极结构的流体控制装置，其具有微通道阵列、纳通道阵列和电极阵列；
2.根据权利要求1所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，所述微通道的深度和宽度均大于待穿孔以及装载的生物颗粒的粒径，所述微通道的深度和宽度相同或不同；
3.根据权利要求1–2任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，所述电极的长度大于或等于纳通道长度；
4.根据权利要求1–3任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，电极阵列的第一电极或第二电极的宽度为1μm以上；优选为，1μm–100μm；
5.根据权利要求1–4任一项所述的微纳结构和电极结构的流体控制装置，其特征在于，制备所述纳通道阵列的材质为微纳加工材料，优选为玻璃、石英、硅片、氮化硅片、二氧化硅片、碳化硅片、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)、聚一氯对二甲苯(parylenec)、聚碳酸酯(polycarbonate)、环烯烃共聚物(cyclic olefincopo...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨慧，郝锐，张翊，
申请(专利权)人：中科佰乘深圳生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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