[发明专利]细胞电融合芯片系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物细胞融合技术领域，特别涉及一种细胞电融合芯片系统。

背景技术

细胞融合(cell fusion)技术在遗传学、发生生物学、动植物远缘杂交育种、免疫医学以及医药、食品、农业等应用领域中都有广泛的应用价值。现代生物学中的一些最具创新性的技术，如在单抗的生产、哺乳动物的克隆以及抗癌疫苗的生产当中，细胞融合是其中最为基本的步骤。细胞融合有化学融合方法(如PEG方法)、物理融合方法，其中物理融合方法中，电场融合方法因其便于精确控制、重复性好、融合率高等优点而得到了广泛的应用。

电场融合方法具有很多优点。首先，不必象显微注射那样使用玻璃针，不需要昂贵的设备对成百万的细胞进行注射；第二，与用化学物质相比，电穿孔几乎没有生物或化学副作用；第三，因为是一种物理方法，较少依赖细胞类型，因而应用广泛。实际上，对大多数细胞类型，使用电场融合方法，基因的转移效率比化学方法高得多。

细胞电融合通过几个连续的过程来实现：细胞在电场中受到介电电泳力，相互接触形成珠串，该过程称为细胞排队；在成串的细胞上施加高压电脉冲使细胞膜产生可逆击穿，形成孔洞，两细胞内液通过穿孔交换物质，最后细胞膜、细胞核融合形成一个新的细胞。

细胞在电场中的排队是基于介电电泳理论。生物细胞处于非均匀电场中时，被电场激化形成偶极子，该偶极子在非均匀电场作用力下发生运动，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。

而细胞穿孔是基于细胞膜电致穿孔效应。细胞在强电场作用下，会导致细胞膜穿孔，这种效应称为细胞膜电致穿孔(electroporation)效应。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，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，致使细胞电融合过程的膜融合。

根据上述分析，为了实现细胞电融合，最关键的是将细胞置于非均匀电场中，使细胞受到介电电泳力和强电场穿孔力。根据电场基本理论电场强度E＝V/d，为了获得较强的电场强度，必须靠增加电压或缩短电极间距来实现，在细胞电融合芯片的设计中，以减小电极间距来实现高电场强度，所以，电极间距可以根据细胞大小进行设计选择，在细胞尺寸数量级范围内，产生足以使细胞膜穿孔所需电压降低至十几伏至几十伏即可，大大降低了细胞电融合信号发生器设计制造难度，提高了细胞电融合后细胞的成活率。

目前国内在细胞电融合芯片及其系统方面的研究开发较少，主要存在的问题在于：微电极产生的电场强度和电场梯度较弱，不能实现较为精确的控制；在增强可视化程度方面很差，不容易(或效果不好)观察芯片内部细胞电融合过程，不利于细胞电融合过程中实时对细胞进行观察记录，不便于操控细胞。并且在加工材料选择方面，也存在材料抗腐蚀、抗氧化能力较弱的问题。

发明内容

有鉴于此，针对现有技术存在的上述不足，本发明提出一种细胞电融合芯片系统，对现有的芯片系统从结构、材料、加工工艺、封装进行了重新设计，不但在融合过程中可以更加方便地观察和记录细胞融合过程，而且提高了细胞电融合芯片的抗化学腐蚀能力、耐高温高压能力、生物相容性能。

本发明的可视化细胞电融合芯片系统，包括细胞电融合芯片、PCB板和融合池，所述融合池包括内腔和设置在表面的芯片安装孔，所述芯片安装孔与内腔相通，所述细胞电融合芯片设置在PCB板上，且嵌入设置在芯片安装孔内；

所述细胞电融合芯片由硅片和玻璃片键合而成，所述硅片上设置有微电极组和微通道，所述微电极组上设置有多个微电极，所述微电极通过信号引出线与PCB板对应焊盘键合；

进一步，所述微电极呈锯齿状排列于微电极组上，设置在相邻微电极组上的微电极交错相对，微电极组之间形成连续的微通道；

进一步，所述微电极呈尖角锯齿状或矩形锯齿状排列在微电极组上；

进一步，所述硅片上设置有多个微电极组和多条微通道；

进一步，所述硅片厚度为40～60μm，玻璃片厚度为500～1000μm；

进一步，所述微电极的信号引出线采用金丝键合；

进一步，所述微电极组连接的信号引出线各自连接独立的控制信号；

进一步，所述细胞电融合芯片由表及里依次由金电镀层、金溅射层、硅片层和玻璃片组成；