專利名稱：實(shí)現(xiàn)細(xì)胞融合的芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞融合的芯片。
背景技術(shù)：
細(xì)胞融合(cellfusion)技術(shù)為遺傳學(xué)、發(fā)生生物學(xué)、動(dòng)植物遠(yuǎn)緣雜交育種、免疫醫(yī)學(xué)以及醫(yī)藥、食品、農(nóng)業(yè)等應(yīng)用領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用價(jià)值?，F(xiàn)代生物學(xué)中一些最具創(chuàng)新性的技術(shù)，如在單抗的生產(chǎn)、哺乳動(dòng)物的克隆(比如著名的克隆羊多莉)以及抗癌疫苗的生產(chǎn)中，細(xì)胞融合是其中最為基本的步驟。
盡管細(xì)胞融合技術(shù)已經(jīng)取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，得到了世人的矚目，但仍然存在著諸多問(wèn)題，從而大大制約了細(xì)胞融合技術(shù)的廣泛應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)許多實(shí)驗(yàn)室中一般使用PEG(聚乙二醇)法進(jìn)行細(xì)胞融合，利用PEG法進(jìn)行細(xì)胞融合的成本很低，但該融合技術(shù)存在不少無(wú)法克服的問(wèn)題；一是誘導(dǎo)過(guò)程可控性差、重復(fù)性差、不同類型細(xì)胞的特異性融合率不高等缺點(diǎn)；二是誘導(dǎo)劑會(huì)對(duì)細(xì)胞有較大的化學(xué)毒害作用。當(dāng)前國(guó)內(nèi)也有少數(shù)實(shí)驗(yàn)室在使用電誘導(dǎo)細(xì)胞融合的技術(shù)，細(xì)胞電融合(cell electrofusion)技術(shù)為美國(guó)科學(xué)家Zimmermann所發(fā)現(xiàn)，而且他在上個(gè)世紀(jì)八十和九十年代對(duì)細(xì)胞電融合技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，開(kāi)創(chuàng)了細(xì)胞融合技術(shù)的新局面，使細(xì)胞融合技術(shù)成為了生物工程的基本核心技術(shù)。但它也有一些不足，由于電極處于導(dǎo)電溶液中，要在電極間建立起足夠的電場(chǎng)強(qiáng)度，就要求輸出電壓至少為幾百伏，甚至數(shù)千伏，就要求電源有極高的輸出功率。這樣就造成了細(xì)胞電融合設(shè)備高昂的價(jià)格，而且存在電氣安全的隱患。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)細(xì)胞沒(méi)有化學(xué)毒害作用、適用于低電壓的能實(shí)現(xiàn)細(xì)胞融合的芯片。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供這樣一種能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞融合的芯片。該芯片包括從上到下重疊在一起的電極層和絕緣墊層。其中電極層有單個(gè)或多個(gè)交叉梳狀電極組、與該交叉梳狀電極組連接的引出導(dǎo)線以及位于該交叉梳狀電極組之間及其四周的流路通道。其中的交叉梳狀電極組由兩個(gè)互不接觸的其梳齒間相互交叉插入的梳狀電極板構(gòu)成，均為相互交叉插入的梳齒之間和梳齒尖與梳脊之間是該交叉梳狀電極組與所述流路通道相通的工作段通道；在圍出工作段通道的梳齒上排列有柱狀的陣列電極。
進(jìn)一步的特征是，方案中的柱型陣列電極均位于梳齒的同一側(cè)。
更進(jìn)一步的特征是，方案中芯片的電極層之上可以覆蓋一層絕緣覆蓋層；該絕緣覆蓋層可以是透明的。
下面以SMMC-7721細(xì)胞和HepG2細(xì)胞的定向移動(dòng)和融合為例，說(shuō)明本發(fā)明的芯片的使用方法。
(1)將SMMC-7721(A配型)和HepG2(B配型)懸浮液注入芯片的電極層內(nèi)。不施加外加電場(chǎng)，讓細(xì)胞不規(guī)則地排列在芯片電極層的交叉梳狀電極組內(nèi)。細(xì)胞懸浮液注入芯片的方式有兩種一種利用流路通道將細(xì)胞懸浮液引入芯片內(nèi)；另一種是直接將細(xì)胞懸浮液滴定到芯片電極層的交叉梳狀電極組上。
(2)在使用引入方式將細(xì)胞懸浮液注入芯片的時(shí)候，當(dāng)目標(biāo)區(qū)域中注滿了細(xì)胞懸浮液，停止注入，并注意要將芯片內(nèi)的氣泡排出。當(dāng)用后一種方式注入時(shí)，在滴定完成后，把透明的絕緣覆蓋層(通常為玻璃)蓋在電極層表面，并注意在芯片內(nèi)不要有氣泡產(chǎn)生。
(3)在芯片上施加驅(qū)動(dòng)電壓(低于100V)，在芯片內(nèi)形成多個(gè)非均勻電場(chǎng)，細(xì)胞在非均勻電場(chǎng)中被極化，形成偶極子，細(xì)胞向高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)移動(dòng)。極化細(xì)胞在下相互接近時(shí)，由于偶極子相互作用，相互吸引，細(xì)胞排列成細(xì)胞對(duì)。進(jìn)一步使得細(xì)胞成對(duì)吸附在陣列電極上。
(4)當(dāng)細(xì)胞在芯片上穩(wěn)定地排列成細(xì)胞對(duì)后，在芯片上再施加另一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓為使細(xì)胞膜上產(chǎn)生可逆性小孔，使粘附在一起的細(xì)胞對(duì)融合成一個(gè)細(xì)胞。
(5)實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的定向移動(dòng)，并形成目標(biāo)融合細(xì)胞。
從技術(shù)方案與其使用方法中，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以看出，由于沒(méi)有PEG之類的化學(xué)試劑，故本發(fā)明不會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生化學(xué)毒害作用；與現(xiàn)有的細(xì)胞電融合技術(shù)，需要至少幾百伏，甚至數(shù)千伏的電壓相比，本發(fā)明更能適合于在低電壓條件下運(yùn)用。由于其結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，所以制造成本也較低廉。由于是梳狀電極板內(nèi)、尤其是有陣列電極的作用，極大地提高了對(duì)細(xì)胞的處理速度。又由于芯片的開(kāi)放式設(shè)計(jì)，可以在顯微鏡下直接觀測(cè)到對(duì)細(xì)胞的操作和融合的細(xì)微過(guò)程。同時(shí)，本芯片可以根據(jù)需要，將其做出不同的電極間距，以適應(yīng)不同的細(xì)胞。顯然，芯片內(nèi)的交叉梳狀電極組數(shù)量可以根據(jù)要求和/或條件，進(jìn)行選擇。


圖1有多個(gè)交叉梳狀電極組的本發(fā)明的平面(示意)2圖1中的一個(gè)交叉梳狀電極組的軸側(cè)(示意)3圖2中的(僅繪制出幾個(gè)梳齒的)局部放大的平面圖具體實(shí)施方式
一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞融合的芯片(參考圖1、2、3)。該芯片包括從上到下重疊在一起的電極層5和絕緣墊層4。其中，電極層5有單個(gè)或多個(gè)交叉梳狀電極組1、與交叉梳狀電極組1連接的引出導(dǎo)線2以及位于交叉梳狀電極組1之間及其四周的流路通道3。其中的交叉梳狀電極組1由兩個(gè)互不接觸的其梳齒61間相互交叉插入的梳狀電極板6構(gòu)成，均為相互交叉插入的梳齒61之間和梳齒61尖與梳脊之間是該交叉梳狀電極組1與所述流路通道3相通的工作段通道10。在圍出工作段通道10的梳齒61上排列有柱狀的陣列電極8。本具體實(shí)施方式
中的這些結(jié)構(gòu)均由精微加工技術(shù)或微機(jī)電(Micro Electro Mechanical System)加工技術(shù)加工而成(顯然，交叉梳狀電極組1的梳齒間距、柱狀的陣列電極8與梳脊之間的間距、工作段通道10的深度及寬度等應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和/或其他條件確定)。
顯然，其中的絕緣墊層4起絕緣作用，用以保證電極層5中相應(yīng)電極之間可以形成電場(chǎng)。絕緣墊層4可由聚合物、非金屬、金屬氧化物、非金屬氧化物等具有絕緣特性的材料構(gòu)成。電極層5可由金屬、半導(dǎo)體、導(dǎo)電塑料等可以導(dǎo)電的材料構(gòu)成。在絕緣墊層4下可以再加一層基片層以加固絕緣墊層4的強(qiáng)度、而作為芯片的基底。該基片層可以為硅、聚合物、非金屬、金屬氧化物、非金屬氧化物、金屬、半導(dǎo)體、導(dǎo)電塑料、玻璃等可對(duì)絕緣墊層起到輔助作用的材料構(gòu)成，而且該基片層的材料將影響到絕緣墊層的制造工藝、材料等因素。同樣顯然的是，成對(duì)的兩個(gè)梳狀電極板6之間在電氣條件上要保持彼此的阻斷狀態(tài)，所述的“交叉梳狀電極組1連接的引出導(dǎo)線2”是分別與不同的梳狀電極板6連接的。引出導(dǎo)線2的作用是將電信號(hào)引入交叉梳狀電極組1、并可將交叉梳狀電極組1所產(chǎn)生的信號(hào)導(dǎo)出到外部電路。在對(duì)交叉梳狀電極組1施加電壓的情形下，兩個(gè)梳狀電極板6間互不接觸的空間區(qū)域內(nèi)將形成電場(chǎng)，這部分區(qū)域?yàn)榉磻?yīng)區(qū)——即工作段通道10。故，每一交叉梳狀電極組1才是本芯片的實(shí)驗(yàn)工作區(qū)域。
進(jìn)一步講，為達(dá)到更好的實(shí)驗(yàn)效果和便于加工，方案中的柱型陣列電極8均布置在梳齒61的同一側(cè)(參考圖3)。
更進(jìn)一步講，為適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)要求和/或其他條件的變化要求。方案中芯片的電極層5之上可以覆蓋一層絕緣覆蓋層；而且，該絕緣覆蓋層還可以是透明的——也就是在有絕緣覆蓋層的情況下，仍可以在顯微鏡下直接觀測(cè)到對(duì)細(xì)胞的操作和融合的細(xì)微過(guò)程。
顯然，工作段通道10的最窄處——即柱狀陣列電極8中每一個(gè)電極的頂端到其所對(duì)梳齒61的距離，應(yīng)當(dāng)根據(jù)細(xì)胞的大小和實(shí)驗(yàn)的具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，一般在900微米和1微米之間，較好的是100微米和10微米之間。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)細(xì)胞融合的芯片，其特征在于該芯片包括從上到下重疊在一起的電極層(5)和絕緣墊層(4)；所述電極層(5)有單個(gè)或多個(gè)交叉梳狀電極組(1)、與交叉梳狀電極組(1)連接的引出導(dǎo)線(2)以及位于交叉梳狀電極組(1)之間及其四周的流路通道(3)；所述交叉梳狀電極組(1)由兩個(gè)互不接觸的其梳齒(61)間相互交叉插入的梳狀電極板(6)構(gòu)成，均為相互交叉插入的梳齒(61)之間和梳齒(61)尖與梳脊之間是該交叉梳狀電極組(1)與所述流路通道(3)相通的工作段通道(10)；在圍出工作段通道(10)的梳齒(61)上排列有柱型的陣列電極(8)。
2.按照權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)細(xì)胞融合的芯片，其特征在于，所述柱型的陣列電極(8)均位于梳齒(61)的同一側(cè)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的實(shí)現(xiàn)細(xì)胞融合的芯片，其特征在于，所述電極層(5)之上覆蓋有一層絕緣覆蓋層。
4.按照權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)細(xì)胞融合的芯片，其特征在于，所述絕緣覆蓋層是透明的。
全文摘要
一種能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞融合的芯片。該芯片包括從上到下重疊在一起的電極層和絕緣墊層。其中電極層有單個(gè)或多個(gè)交叉梳狀電極組、與該交叉梳狀電極組連接的引出導(dǎo)線以及位于該交叉梳狀電極組之間及其四周的流路通道。其中的交叉梳狀電極組由兩個(gè)互不接觸的其梳齒間相互交叉插入的梳狀電極板構(gòu)成，均為相互交叉插入的梳齒之間和梳齒尖與梳脊之間是該交叉梳狀電極組與所述流路通道相通的工作段通道；在圍出工作段通道的梳齒上排列有柱狀的陣列電極。本發(fā)明不會(huì)對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生化學(xué)毒害作用；能在低電壓條件下運(yùn)用；能適應(yīng)不同的細(xì)胞；能極大地提高和控制對(duì)細(xì)胞的處理速度。
文檔編號(hào)C12M1/42GK1858202SQ20061005412
公開(kāi)日2006年11月8日 申請(qǐng)日期2006年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月9日
發(fā)明者趙志強(qiáng), 鄭小林, 皮喜田, 熊建功 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)