CN101443442A - 细胞融合芯片 - Google Patents
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Abstract
[问题]为了提供用于细胞融合的一芯片，其使得可以在一单一芯片上控制细胞融合，提供高的操作效率，无需供给或取出细胞的熟练技术也可使用，在操作中不会遭受细胞污染。[解决问题的方法]用于细胞融合的一芯片的特征在于包括，在一单一芯片上，用于包含在融合处理之前的游离细胞的一隔离腔，供给用于将来自隔离腔的细胞彼此融合的对立电极的一融合腔，用于培养在融合腔中已融合的细胞的一培养腔，用于将所述隔离腔连接在所述融合腔上的一第一通道，以及用于将所述融合腔连接在所述培养腔上的一第二通道。
Description
技术领域
本发明涉及一种细胞融合芯片，具体地，其专长于在单一芯片上高效地操作细胞融合。
背景技术
一般地，细胞融合操作是对容纳在置于显微镜镜台上的一器皿中的悬浮状态细胞进行显微观察而完成的。(例如，见专利文件1)
在这种细胞融合操作中，典型操作工具，如微量吸管，用于为细胞提供显微镜镜台上的器皿，或者从/到其他器皿中恢复融合细胞。
然而，根据上述操作，细胞的供给或恢复要求大量的经验，并在转移过程中会给细胞带来污染的可能。同样，该方法需要多个器皿，导致了较低的效率。
[专利文件1]日本专利公开号4-349889
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题。本发明提供了一种细胞融合芯片，其允许在一单一芯片上进行细胞融合，专长于操作效率，在细胞供给或恢复中不需要如此多的经验，且在操作中对细胞无污染的风险。
根据权利要求1所述的本发明涉及一种细胞融合芯片，包括：一隔离腔，用于容纳将进行一融合操作的游离细胞；一融合腔，用于将所述隔离腔提供的所述细胞融合在一起；一培养腔，用于培养所述融合腔中融合的所述细胞；一第一通道，用于连接所述隔离腔和所述融合腔；以及一第二通道，用于连接所述融合腔和所述培养腔，其中所述隔离腔、所述融合腔、所述培养腔、所述第一通道和所述第二通道形成在一单一芯片上。
根据权利要求2所述的本发明涉及根据权利要求1所述的细胞融合芯片，其中包括：一连接口，用于连接到一微型注射泵上；以及一第三通道，用于连接到所述连接口上；其中所述隔离腔、所述融合腔和所述培养腔中的至少一个通过所述第三通道连接到所述连接口上。
根据权利要求3所述的本发明涉及根据权利要求2所述的细胞融合芯片，其中连接到所述融合腔上的所述第三通道包括连接到一个连接口上的一个通道和连接到另一个连接口上的另一个通道。
根据权利要求4所述的本发明涉及根据权利要求1-3中任一项所述的细胞融合芯片，其中所述融合腔宽于所述第一至第三通道。
根据权利要求5所述的本发明涉及根据权利要求1-4中任一项所述的细胞融合芯片，其中包含所述培养腔的一部分形成为与包含其他腔的一部分相分离。
根据权利要求6所述的本发明涉及根据权利要求1-5中任一项所述的细胞融合芯片，其中所述融合腔包括彼此对立放置的一对电极。
根据权利要求7所述的本发明涉及根据权利要求1-6中任一项所述的细胞融合芯片，其中还包括在所述融合腔中的带有凹槽的壁。
根据权利要求8所述的本发明涉及根据权利要求1-7中任一项所述的细胞融合芯片，其中还包括在所述融合腔中的平面视图中，以网格图案形成的壁。
根据权利要求9所述的本发明涉及根据权利要求7所述的细胞融合芯片，其中所述壁包括位于对立电极之间的一对壁，以致其凹槽彼此相对对齐。
根据权利要求10所述的本发明涉及根据权利要求8所述的细胞融合芯片，其中所述壁位于所述对立电极之间。
发明效果
权利要求1中描述的本发明允许容纳游离细胞，在单一芯片上的隔离腔中电融合细胞和培养融合细胞。因此，在细胞供给或恢复中不需要如此多的经验，且在操作中对细胞无污染的风险。这就导致了操作效率的提高。
权利要求2中描述的本发明允许用微量注射泵在腔之间转移细胞。因此，细胞被容易地且确定地转移，进一步地，被快速地且精确地转移。
权利要求3中描述的本发明允许为融合腔直接提供一培养介质，并从融合腔去除培养介质，而无需横穿其他腔。另外，可以利用微量注射泵容易且精确地进行这种操作。
权利要求4中描述的本发明允许确定地阻止一非预期的细胞从隔离腔流入到融合腔，或从隔离腔流出到培养腔。
根据权利要求5中描述的本发明，在将融合细胞转移到培养腔后，从包含其他腔的部分中分离出来的包含培养腔的部分，独立地作为一培养腔构件进行工作。
根据权利要求6中描述的本发明，融合腔包括彼此对立放置的一对电极。对立电极之间的AC电压的应用可以很容易地对齐各个细胞，以形成一珍珠链。这增强了细胞融合操作的效率。
根据权利要求7中描述的本发明，细胞融合芯片还包括在融合腔中的带凹槽的壁。因此，凹槽方便了细胞彼此之间的密压，由于它们之间的增强粘力，当它们被推进到凹槽中时，增大了细胞融合速率。
根据权利要求8中描述的本发明，细胞融合芯片还包括，在平面视图中，以网格图案形成在所述融合腔中的壁。因此，细胞的运动能够通过将细胞推入网格中而受限制。这使得细胞融合易于操作。进一步地，可以选择性地利用激光镊子以控制推入到网格中的细胞的数量，从而实现细胞融合操作。另外，通过网格进行细胞分离，使得利用外部操纵器去除融合细胞变得容易。
根据权利要求9中描述的本发明，所述壁包括位于对立电极之间的一对壁，以致其凹槽对彼此立于对齐。凹槽固定通过在对立电极之间施加AC电压而形成的珍珠链，以便于用UV激光器及其类似物为细胞融合瞄准细胞。
根据权利要求10中描述的本发明，所述壁位于所述对立电极之间。网格固定通过在对立电极之间施加AC电压而形成的珍珠链，以便于用UV激光器及其类似物为细胞融合瞄准细胞。
附图说明
图1为本发明细胞融合芯片的平面视图；
图2为当包含培养腔的部分与包含其他腔的部分是可分离时，本发明细胞融合芯片的平面视图；
图3示出了凹槽以锐角在芯片的截面内形成为分离细胞融合芯片的边界线；
图4示出了本发明细胞融合芯片的使用情况；
图5示出了本发明细胞融合芯片中的细胞融合腔的第一可选实施例；
图6示出了第一可选实施例的细胞融合腔的效果；
图7为本发明细胞融合芯片中的细胞融合腔的第二可选实施例的平面视图；
图8示出了第二可选实施例的细胞融合腔的效果。
附图标记说明：
1——细胞融合芯片
2——隔离腔
3——融合腔
4——培养腔
5——第一通道
6——第二通道
7——电极
8——连接口
9——第三通道
10——凹槽
11——显微镜
12——电动镜台
13——带有凹槽的壁
14——凹槽
15——平面视图中以网格图案形成的壁
S——细胞
具体实施方式
以下，将参考附图对本发明的细胞融合芯片的较佳实施例进行解释。
图1为本发明细胞融合芯片的平面视图。
本发明的细胞融合芯片(1)由包含绝缘材料(例如，像PP，PE，PET之类的合成树脂)的一片平板制成。在平板上有多个扁平腔。
该腔包括三种腔，即一隔离腔(2)、一融合腔(3)和一培养腔(4)。这三种腔形成于单一芯片上。
隔离腔(2)中容纳有包含游离细胞的悬浮液，以进行融合处理。
在相同类型细胞间的细胞融合处理，只需要一个隔离腔(2)，而在不同类型细胞间的操作则需要将每种类型的细胞隔离放置于多个隔离腔(2)中。在多个隔离腔(2)的情况下，腔的数量可以为但不限于两个(如图所示)，可以为三个或更多。另外，每个腔的尺寸可以相同或者也可以不同。
融合腔(3)用于对隔离腔(3)提供的细胞进行融合处理。
一对电极(7)以一定距离彼此对立地设置于融合腔(3)的内壁上。
一对电极(7)分别连接在一电源(图中未示出)上，使得AC电压能够被应用于对立电极之间。
对于每个电极(7)，一端裸露在隔离腔(2)的内壁中，另一端裸露在芯片(1)的外部，且剩余部分埋在构成细胞融合芯片(1)的绝缘材料中，以防止除隔离腔(2)内部以外的部分具有导电性。
培养腔(4)用于容纳和培养在融合腔(3)中融合的细胞。
尽管图中示出的培养腔(4)的数量仅为一个，但也可以形成两个或更多的腔来分别培养各个培养腔(4)中的细胞。
在细胞融合芯片(1)的上表面上形成有多个通道，用于在上述三种腔(2)，(3)和(4)之间进行连通。通过这些多个通道，流体(例如包含细胞的流体)可以共同在这些不同类型的腔之间进行分布。
第一通道(5)将隔离腔(2)连接在融合腔(3)上。隔离腔(2)中的细胞通过第一通道(5)被传送到融合腔(3)以在其中进行融合处理。
第二通道(6)将融合腔(3)连接于培养腔(4)上。融合腔(3)中的融合细胞通过第二通道(6)被传送到培养腔(4)，从而在该培养腔(4)中被进行培养。
在细胞融合芯片(1)的上表面，包括用于连接微量注射泵的排出/吸入口的连接口(8)。
连接口(8)通过第三通道(9)连接于隔离腔(2)、融合腔(3)和培养腔(4)中的至少一个上。
当通过微量注射泵精确控制流量时，该结构能够将包含培养介质或细胞的流体引入到各腔中或将该流体从各腔中去除。
如图所示，两种类型的腔，融合腔(3)和培养腔(4)，通过第三通道(9)连接于连接口(8)上。
用于连接融合腔(3)的第三通道(9)分别延伸到隔离腔(2)所在区域及培养腔(4)所在区域，从而与各自的连接口(8)连接。
在隔离腔(2)旁延伸的第三通道(9)末端的连接口(8)用于通过微量注射泵将培养介质引入到融合腔(3)中，而在培养腔(3)旁延伸的第三通道(9)末端的连接口(8)用于通过微量注射泵从融合腔(3)中去除培养介质。
这种结构能够不用微量注射泵穿越其他带腔，为融合腔(3)直接提供培养介质，并从融合腔(3)中去除融合介质。
用于与培养腔(4)连接的第三通道(9)沿一方向延伸，从而与融合腔(3)分离。
第三通道(9)末端的连接口(8)用于通过微量注射泵从培养腔(4)中去除培养介质。
另外，第三通道(9)也可以从隔离腔(2)延伸，以与本发明中的微量注射泵(图中未示出)的连接口连接。
在本发明中，隔离腔(2)融合腔(3)和培养腔(4)足够宽于上述的第一至第三通道(5)、(6)和(9)(例如，两倍或更多倍，较佳地为5倍或更多倍)。
该结构能够确实防止非预期的细胞从隔离腔(2)流入到融合腔(3)中，或者从融合腔(3)流出到培养腔(4)中。
第一通道(5)和第二通道(6)、第二通道(6)和第三通道(7)或者第一通道(5)和第三通道(7)的较佳位置可能不是如图1所示的对齐方式。
该结构也擅长于防止非预期细胞从隔离腔(2)流入到融合腔(3)，或者从融合腔(3)流出到培养腔(4)。
进一步地，在本发明的细胞融合芯片(1)中，包含培养腔(4)的部分较佳地形成为与包含其它腔(2)和(3)的部分相分离，从而可以独立地将分离部分用作培养腔构件。
图2为具有上述结构的细胞融合芯片的平面视图。在该图中，显示为隐藏线(A)的线为被分离的边界线。通过沿分界线(A)分离细胞融合芯片(1)，该细胞融合芯片(1)被分为包含培养腔(4)的部分和包含其它腔(2)和(3)的部分。
用于分离细胞融合芯片的分界线(A)可以包括，例如，如图3所示形成在芯片(1)中的凹槽(10)。
图3(a)表示凹槽(10)形成于芯片(1)的顶面，图3(b)表示凹槽(10)形成于芯片(1)的底面，图3(c)表示凹槽(10)分别形成于芯片(1)的顶面和底面。在横截面中，各凹槽以形成为锐角。
这种凹槽(10)易于使得芯片(1)沿凹槽(10)分离。
另外，分离细胞融合芯片(1)的结构不限于这种凹槽(10)。
例如，细胞融合芯片(1)可以起初由包含培养腔(4)的部分和包含其他腔(2)和(3)的部分这两部分形成。当进行细胞融合时，这两部分由一种结合方法结合在一起以形成单一芯片(1)，该方法如果需要的话能够再次分离这两部分，例如装配、销连接等。进一步地，芯片(1)可以在进行融合处理后再次被分成两部分。
另外，在包含培养腔(4)的部分与包含其它腔(2)和(3)的部分相分离后，第二通道(6)的末端(分离侧)较佳地用一可选的密封方法(如粘合剂及其类似物)堵住，以防止培养腔(4)中的流体泄漏到第二通道(6)中。
包括上述结构的本发明的细胞融合芯片(1)置于且用在如图4所示的显微镜(11)的电动镜台(12)上。
显微镜(11)包括激光源，用于激光捕获和操作细胞，以及用于通过激光器(图中未示出)为细胞融合融合细胞。
对于捕获激光，例如，采用像YAG激光器(波长1060纳米)、Nd：YLF激光器(波长1047纳米)、DPSS激光器(波长1064纳米)等的IR激光器。对于用于细胞融合的激光器，例如，采用UV激光器。
除了上述第一和第二激光源外，显微镜(11)可以进一步包括用于输出超短波脉冲激光(成秒激光或飞秒激光)的第三激光源。
超短波脉冲激光较佳地当细胞处理需要强力时是，用作捕获激光。
除了上述激光操纵器外，显微镜(11)可以进一步包括一机械操纵器，如在电动镜台(12)上的装有细金属针或玻璃管的微量吸管及类似物。
显微镜(11)包括如上所述的激光源或机械操纵器，可以通过激光或机械操纵器的操作，对包含在电动镜台(12)上的细胞融合芯片(1)中的细胞提供捕获和细胞融合。
根据下面过程，在显微镜(11)的电动镜台(12)上来完成利用本发明细胞融合芯片(1)所进行的细胞融合处理。
首先，将要进行融合处理的包含游离细胞的悬浮液容纳到细胞融合芯片(1)中的隔离腔(2)中。
然后，旋转于隔离腔(2)中的悬浮液，使用装配有显微镜(11)或微量注射泵的操纵器(激光或机械式的)通过第一通道(5)被传送到融合腔(3)。
当包含细胞的悬浮液被容纳于融合腔(3)中时，AC电压被施加于融合腔中的一对电极(7)之间。
当该AC电压施加于其上，电极之间的悬浮液中的细胞与电场平行对齐，从而形成一珍珠链。然后，通过用于细胞融合的激光器照射已对齐的细胞，所述细胞便被融合在一起。
利用装配有显微镜(11)或微量注射泵的操纵器(激光或机械式的)将融合细胞通过第二通道(6)传送到培养腔(4)。
当融合细胞被容纳在培养腔(4)中时，从显微镜(11)的电动镜台(12)移走细胞融合芯片(1)，以在培养腔(4)中培养细胞。
此时，包含培养腔(4)的部分从包含其它腔(2)(3)的部分分离出来。因此，被分离部分能被独立地用作培养腔构件。
如上所述，本发明的细胞融合芯片(1)允许在单一芯片上容纳游离细胞，电融合细胞以及培养融合细胞。
因此，细胞融合芯片(1)不需要提供或取出细胞的技巧，而这在传统的细胞融合方法中是必须的。进一步地，在操作过程中，不存在对细胞污染的风险。这提高了细胞融合处理的操作效率。
在本发明的细胞融合芯片(1)中，融合腔(3)的结构可以做如下改变。
图5示出了本发明细胞融合芯片(1)的融合腔(3)的第一可选实施例。此处，除融合腔(3)之外的结构均与图1所示的相同，且通道被省略，图中未示出。
第一可选实施例的不同在于，在融合腔(3)中包括带有凹槽(14)的侧壁(13)，而其他结构均与图1所示相同。
在所示图中，带有凹槽(14)的壁(13)包括位于对立电极(7)之间的一对壁，以致其凹槽(14)彼此相对对齐。
位于壁(13)中的凹槽(14)的数量不作限定，但多个凹槽(14)优选地如图所示地被对齐放置。凹槽(14)的形状也不作限定，但平面视图中的向内扩展的三角形凹槽(14)如图所示被优选地使用，使得细胞被很好地安设和固定在凹槽(14)上。凹槽(14)的尺寸具有的宽度和深度优选地以允许多个细胞进入并对齐在凹槽上刚好形成一单线为宜。
采用上述细胞融合芯片的细胞融合处理包括第一可选实施例的融合腔，首先，如图6(a)所示，利用光镊或在对立电极上施加AC电压将多个细胞(S)安设和固定在凹槽(14)上。然后，如图6(b)所示，利用UV激光器或施加DC电压将细胞融合在一起。
如上所示，根据包括第一可选实施例的融合腔的利用细胞融合芯片的细胞融合处理，通过将细胞安设到凹槽中，细胞被牢固地彼此推动。这提高了细胞的粘合性和细胞融合速率。
另外，凹槽固定了通过在对立电极之间施加AC电压而形成的珍珠链，以便于瞄准用于用UV激光器及其类似物进行细胞融合的细胞。
图7示出了在本发明细胞融合芯片(1)中的融合腔的第二可选实施例。此处，除融合腔(3)之外的结构均与图1所示相同，且通道被省略，图中未示出。
第二可选实施例的不同在于，平面视图中，融合腔(3)中包含以网格图案形成的壁(15)，而其它结构均与图1所示相同。
在所示图中，以网格图案形成的壁(15)被安置在对立电极(7)之间。
各个网格(正方形)的尺寸依靠待融合的细胞的数量而设定，且其必须至少包含2个细胞。另外，各个网格的形状可以为矩形，三角形，六边形，以及正方形。形成网格的壁的高度被设置为稍高于细胞。
在利用细胞融合芯片的包括第二可选实施例的融合腔的细胞融合处理中，用激光镊或者类似物将多个细胞(S)引入到网格中，并通过在如图8(a)所示的对立电极(7)上施加AC电压将多个细胞(S)对齐在网格中。然后，如图8(b)所示，采用UV激光器或施加DC电压将细胞融合在一起。此处，图8中所示为单一方格。
如上所示，根据利用细胞融合芯片的包括第二可选实施例的融合腔的细胞融合处理，细胞被安设在网格中以限制它们的运动。这使得容易操作细胞融合。进一步地，可以选择性地采用激光镊进行细胞融处理来控制推进到网格中的细胞的数量，从而实现细胞融合处理。另外，通过网格的细胞分离使得利用外部操作器移走融合细胞变得容易。
在包含第一和第二可选实施例的融合腔的细胞融合芯片中，在融合腔(3)中不带对立电极(7)的细胞融合芯片具有一定效果。因此，在融合腔(3)中不包括对立电极(7)的细胞融合芯片也可以被采用。
产业上的可应用性
本发明在以动物和植物的新品种以及再生药为中心的生物技术研究中是非常可行的，例如高等植物的人工授精的确立、细胞网络的功能性活性分析、细胞影响的蛋白质、化学药品及其类似物的研究，以及新型细胞的分型法的开发等。
Claims (10)
1、一种细胞融合芯片，包括：
一隔离腔，用于容纳将进行融合操作的游离细胞；
一融合腔，用于将所述隔离腔提供的所述细胞融合在一起；
一培养腔，用于培养在所述融合腔中融合的所述细胞；
一第一通道，用于连接所述隔离腔和所述融合腔；以及
一第二通道，用于连接所述融合腔和所述培养腔，
其中所述隔离腔、所述融合腔、所述培养腔、所述第一通道和所述第二通道形成于一单一芯片上。
2、根据权利要求1所述的细胞融合芯片，其中包括：
一连接口，用于连接到一微型注射泵上；以及
一第三通道，用于连接到所述连接口上；
其中所述隔离腔、所述融合腔和所述培养腔中的至少一个通过所述第三通道连接到所述连接口上。
3、根据权利要求2所述的细胞融合芯片，其中连接到所述融合腔上的所述第三通道包括连接到一个连接口上的一个通道和连接到另一个连接口上的另一个通道。
4、根据权利要求1-3中任一项所述的细胞融合芯片，其中，所述融合腔宽于所述第一至第三通道。
5、根据权利要求1-4中任一项所述的细胞融合芯片，其中包含所述培养腔的部分形成为与包含其他腔的部分相分离。
6、根据权利要求1-5中任一项所述的细胞融合芯片，其中所述融合腔包括彼此对立放置的一对电极。
7、根据权利要求1-6中任一项所述的细胞融合芯片，其中还包括在所述融合腔中的带凹槽的壁。
8、根据权利要求1-7中任一项所述的细胞融合芯片，其中还包括在所述融合腔中的平面视图中，以网格图案形成的一壁。
9、根据权利要求7所述的细胞融合芯片，其中所述壁包括位于所述对立电极之间的一对壁，以使其凹槽彼此相对对齐。
10、根据权利要求8所述的细胞融合芯片，其中所述壁位于所述对立电极之间。
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