一种基于微小室阵列结构的细胞电融合芯片装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种基于微小室结构的细胞电融合微电极阵列芯片装置，它由微小室阵列芯片，外围印制电路板和流路控制模块组成。微小室阵列芯片是由石英基底层、金属微电极阵列、多聚物侧壁和多聚物围水栏构成，相对的两金属微电极和相对的两多聚物侧壁构成一个微小室，微小室呈阵列排布；微小室阵列芯片键合于外围印制电路板上，形成电气连接；流路控制模块覆盖在所述微小室阵列芯片之上。本发明专利技术通过外界电信号在微小室中形成一定的电场，控制微小室内部的细胞的高效排队与电融合，从而实现每个微小室中仅有一对细胞进行融合，提高细胞融合的通量和安全性。

A cell electrofusion chip device based on micro chamber array structure

The invention provides a cell electrofusion microelectrode array chip device based on micro chamber structure, which is composed of a micro chamber array chip, a peripheral printed circuit board and a flow control module. The micro chamber array chip consists of a quartz substrate layer, a metal microelectrode array, polymer side walls and polymer surrounding water column, two metal microelectrodes relative and more than 2 opposite side walls of a polymer in a small room, small room is arranged in an array shape; the micro chamber array chip is bonded on the periphery printed circuit board to form electrical connection; flow control module covers the micro chamber array chip. The present invention form a certain electric field in a tiny room by external signals, efficient queuing and electric fusion control tiny room within the cell, so as to realize each tiny room only on cell fusion, improve the throughput and safety of cell fusion.

【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。本专利技术涉及细胞电融 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
细胞电融合技术自上世纪80年代起，因为其效率较高、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，得到了快速发展和广泛应用。细胞电融合可以分为两个主要阶段细胞排队和细胞融合。 细胞排队的原理在于生物细胞处于非均匀电场中时，被电场极化形成 偶极子，该偶极子在非均匀电场作用中会受到特定的力而发生运动，即介电电泳 (dielectrophoresis)。利用介电电泳可以控制细胞的运动，在细胞电融合过程中，利用介 电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。 细胞融合的原理在于强电场作用会导致细胞膜穿孔，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，从而使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，产生细胞电融合过程 的膜融合。 传统的细胞电融合系统通常都采用大型融合槽，其优点在于(1)操作较为简便， 采用大型融合槽降低了包括样品进样与出样等步骤的难度；(2)加工简便，大型融合槽的 尺寸一般都在厘米量级，利用传统的机械加工手段可以较为方便地加工出所需要的融合槽 结构；(3)融合量大，传统的融合槽可以容纳数毫升样品，一次实验即可获得足够的细胞进 行后期筛选、培养等工作。 但传统的细胞电融合设备也存在一些缺点(l)由于融合槽中的电极间距较大， 要达到够强度的细胞排队、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，系统的成本也因此大为提高；(2)电极间的较大间距不利 于对细胞的精确控制等。 为解决这一问题，研究者将细胞电融合技术与MEMS加工技术相结合。MEMS技术的 加工范围通常在1 50iim，这与细胞的直径范围相当，所产生的微结构能有效控制细胞。 有多家研究机构开始研究利用微流控芯片技术或者微电极阵列技术构建生物芯片来实现 细胞电融合操作。 例如，美国MIT的研究人员提出了利用微流控芯片技术实现对细胞的精确控制， 达到高效的细胞配对和融合；国内赵志强等研究人员也提出了利用MEMS技术构建微电极 阵列，通过构建微米量级间距的微电极阵列，实现在低电压条件下的细胞电融合。日本研究者提出的利用一对微电极，通过流路控制细胞的流动，使细胞运动到微电极对位置区域后， 利用电场作用使两个细胞形成配对，再借助于电脉冲实现电融合。 但上述芯片仍然存在一定的问题，如美国MIT所研究的微流控芯片虽然较好的解决了细胞配对的问题，但该芯片两电极间的间距较大，仍然需要较高的外界电压才能够实现电融合。而赵志强提出的芯片所集成的微电极数量较少，不能实现高通量融合；微电极所产生的电场强度和电场梯度也比较弱，难以实现细胞的精确控制；所选择的加工材料的抗腐蚀、抗氧化能力也较差；同时，由于未集成进出样装置，操作也较为不便。日本研究者提出的方法效率较低，融合通量远不能满足融合后细胞研究的要求。 国内外相关专利如下CN200810069511. 3， 2008年，重庆大学，杨军CN200810070158. 0，2008年，重庆大学，杨军CN200810070159. 5， 2008年，重庆大学，杨军CN200710092892. 2， 2007年，重庆大学，杨军CN200610054121. x，2006年，重庆大学，赵志强等；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， S印22， 1987， Hillard ; 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现有技术的不足，提出一种用于细胞电融合的芯片装置， 芯片上集成了阵列化的微小室结构，通过调节微小室尺寸结构使每个微小室中仅能容纳两 个细胞，从而实现极高的细胞两两排队效率及后期的两两融合率。 本专利技术的技术方案如下 —种基于微小室阵列结构的细胞电融合芯片装置，由微小室阵列芯片、外围印制 电路板和流路控制装置共同组成。外围电信号通过外围印制电路板加载于微小室阵列芯片 上，在每个微小室结构中形成一定的电场，控制细胞在微小室结构中的排队和融合；流路控 制装置的功能在于实现细胞悬浮液在芯片装置中的进样、出样和流动。 其中，所述微小室阵列芯片是以石英为基底层，所述微小室阵列芯片是以石英为 基底层，在石英基底层之上采用微加工技术形成有金属微电极阵列、多聚物侧壁和多聚物 围水栏，金属微电极阵列集成了大量的金属微电极，金属微电极与多聚物侧壁等高，相对的 两金属微电极和相对的两多聚物侧壁构成了一个微小室，微小室也呈阵列排布；多聚物围 水栏围绕在整个阵列化微小室之外，金属微电极阵列有两个端头伸出于多聚物围水栏外， 用于和外围印制电路板键合。 为实现每一微小室中仅容纳两个细胞进行单层排队，微小室的深度为15 m，宽度为5 30 m，长度可根据目标细胞的大小在10 60 m间进行调节。构建微小室的金属微电极的厚度与微小室的深度相同，长度为10iim，宽度为20iim，相对金属微电极间大小在10 60 ii m间调节，微小室结构之间的相邻金属微电极间间距为20 40 ii m。多聚物侧壁厚度与金属微电极厚度一致，多聚物侧壁置于相邻电极中间，宽度与相邻微电极间的间距相同，长度与所处位置微小室长度一致，以隔绝两相邻微小室间的细胞相互运动。金属微电极材料尽量选择导电性好，抗腐蚀、抗氧化能力强，生物相容性好的材料，如金、钼等。多聚物材料也应具备较好的生物相容性，可选择聚酰亚胺、聚对二甲苯等。 所述微小室阵列芯片键合于外围印制电路板上，与印制电路板形成电气连接。外围印制电路板采用标准印制电路板工艺进行设计与制造，印制电路板上主要布置了多个可与微小室阵列芯片上的阵列化微电极进行键合连接的键合点，并分布有与外界电信号进行连接的焊盘。 所述流路控制模块覆盖在所述微小室阵列芯片之上，由PDMS流路控制盖片和导管组成。在PDMS流路控制盖片的面向微小室阵列芯片一面上形成有与阵列化微小室区域面积相当的储样池，储样池两侧有微通道和进样口 、出样口 ，所述储样池的底平面与阵列化微小室的顶平面之间留有容细胞流动通过的间隙。流路控制模块的功能在于在细胞电融合过程中控制细胞悬浮液在芯片内的流动，配合微小室的独特结构实现每个微小室内仅容纳两个细胞，并利用微流体吹出储样池内多余的细胞本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微小室阵列结构的细胞电融合芯片装置，其特征在于：它由微小室阵列芯片，外围印制电路板和流路控制模块组成；　　所述微小室阵列芯片是以石英为基底层，在石英基底层之上采用微加工技术形成有金属微电极阵列、多聚物侧壁和多聚物围水栏，金属微电极阵列集成了大量的金属微电极，金属微电极与多聚物侧壁等高，相对的两金属微电极和相对的两多聚物侧壁构成一个微小室，微小室也呈阵列排布；多聚物围水栏围绕在整个阵列化微小室之外，金属微电极阵列有两个端头伸出于多聚物围水栏外，用于和外围印制电路板键合；所述微小室阵列芯片键合于外围印制电路板上，与印制电路板形成电气连接；　　所述流路控制模块覆盖在所述微小室阵列芯片之上，其由ＰＤＭＳ流路控制盖片和导管构成，在ＰＤＭＳ流路控制盖片的面向微小室阵列芯片一面上形成有与所述阵列化微小室区域面积相当的储样池，储样池两侧有微通道和进样口、出样口，所述储样池的底平面与阵列化微小室的顶平面之间留有容细胞流动通过的间隙。

【技术特征摘要】
一种基于微小室阵列结构的细胞电融合芯片装置，其特征在于它由微小室阵列芯片，外围印制电路板和流路控制模块组成；所述微小室阵列芯片是以石英为基底层，在石英基底层之上采用微加工技术形成有金属微电极阵列、多聚物侧壁和多聚物围水栏，金属微电极阵列集成了大量的金属微电极，金属微电极与多聚物侧壁等高，相对的两金属微电极和相对的两多聚物侧壁构成一个微小室，微小室也呈阵列排布；多聚物围水栏围绕在整个阵列化微小室之外，金属微电极阵列有两个端头伸出于多聚物围水栏外，用于和外围印制电路板键合；所述微小室阵列芯片键合于外围印制电路板上，与印制电路板形成电气连接；所述流路控制模块覆盖在所述微小室阵列芯片之上，其由PDMS流路控制盖片和导管构成，在PDMS流路控制盖片的面向微小室阵列芯片一面上形成有与所述阵列化微小室区域面积相当的储样池，储样池两侧有微通道和进样口、出样口，所述储样池的底平面与阵列化微小室的顶平面之间留有容细胞流动通过的间隙。2. 根据权利要求1所述的基于微小室阵列结构的细胞电融合芯片装置，其特征在于 所述的微小室的深度控制在以容纳目标细胞在其内单层排布为限。3. 根据权利要求2所述的基于微小室阵列结构的细胞电融合芯片装置，其特征在于 所述微小室的深度为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡宁，杨军，郑小林，胡南，夏斌，蒋凤，赵丽苹，刘琳琳，田浩，张小玲，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[]