CN108251268A - 一种基因转染器及基因转染方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基因转染器和基因转染方法，该基因转染器具有：衬底；盖体，其以与所述衬底表面之间具有间隔而设置，所述盖体与所述衬底表面之间形成液体流动通道，所述液体流动通道用于使含有靶细胞和外源基因的溶液流动；加热单元，其形成于所述衬底表面，用于对所述液体流动通道中流动的所述溶液进行加热；其中，所述盖体具有开口，所述开口与所述加热单元的位置对应，所述开口供经所述加热单元加热后的所述溶液流出。根据本申请，能够提高基因转染的效率，并且降低基因转染的成本。

Description

一种基因转染器及基因转染方法

技术领域

本申请涉及生物医药技术领域，尤其涉及一种基因转染器及基因转染方法。

背景技术

基因转染是一种将外源基因导入靶细胞的技术，运用将纯化过的特定DNA(脱氧核糖核酸)送入靶细胞内，使其在细胞内表现，以达到研究目的。

目前一般应用较广泛的基因转染法为电穿孔法，病毒转染法，阳离子脂质法等，市面上也有贩卖电穿孔仪这类的装置。

电穿孔法的原理为运用电脉冲破坏细胞膜电位，使细胞膜上产生小孔并让DNA从小孔进入细胞，此方法转染效率高且应用范围广。

病毒转染法是运用病毒感染侵入宿主细胞将外源DNA在细胞内整合，可用于较难转染的靶细胞，且转染效率高，细胞毒性低。

阳离子脂质法是利用带正电的脂质粒和核酸上带负电的磷酸基结合成复合物，诱使细胞进行包吞，从而促使DNA转染，该法适用性广，转染效率高。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的发明人发现，目前已知的各种基因转染法都有成本耗费高，耗时长的缺陷，具体地：电穿孔法的细胞致死率高，且细胞和DNA用量大，造成成本上的浪费；病毒转染法操作过程复杂，且针对细胞种类的特异性高，不易普及；阳离子脂质法操作过程亦较复杂，且转染效率高低易随细胞种类变化。

本申请提供一种基因转染器和基因转染方法，对流动通道中流动的含有靶细胞和外源基因的溶液进行加热，从而将外源基因导入靶细胞，达成基因转染的目的，由此，能高效地进行基因转染，并且，细胞用量和DNA用量较低，基因转染器的成本也较低，所以降低了基因转染的成本。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种基因转染器，用于将外源基因导入靶细胞，其特征在于，该基因转染器具有：

衬底；

盖体，其以与所述衬底表面之间具有间隔而设置，所述盖体与所述衬底表面之间形成液体流动通道，所述液体流动通道用于使含有靶细胞和外源基因的溶液流动；以及

加热单元，其形成于所述衬底表面，用于对所述液体流动通道中流动的所述溶液进行加热；其中，所述盖体具有开口，所述开口与所述加热单元的位置对应，所述开口供经所述加热单元加热后的所述溶液流出。

根据本申请实施例的一个方面，其中，所述加热单元将所述溶液加热到能产生气泡并且不破坏所述靶细胞的活性的温度。

根据本申请实施例的一个方面，其中，所述加热单元将所述溶液加热到200℃-300℃。

根据本申请实施例的一个方面，其中，所述衬底具有凹部，所述加热单元位于所述凹部的底部。

根据本申请实施例的一个方面，其中，所述液体流动通道的流通截面的尺寸为宽50um，高10um-100um。

根据本申请实施例的一个方面，其中，所述衬底表面的保护层材料为氮化硅(SiN)，所述盖体的材料是硅。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种基因转染方法，该基因转染方法包括：

将含有靶细胞和外源基因的溶液注入所述液体流动通道；以及

通过加热单元对所述溶液进行加热，

其中，经所述加热单元加热后的所述溶液从所述开口流出。

本申请的有益效果在于：提高了基因转染的效率，并且降低了基因转染的成本。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本申请实施例的基因转染器的一个示意图；

图2是本申请实施例的基因转染器将外源基因导入靶细胞的一个示意图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本申请的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本申请的特定实施方式，其表明了其中可以采用本申请的原则的部分实施方式，应了解的是，本申请不限于所描述的实施方式，相反，本申请包括落入所附权利要求的范围内的全部修改、变型以及等同物。

实施例1

本申请实施例1提供一种基因转染器，用于将外源基因导入靶细胞。

图1是本申请实施例的基因转染器的一个示意图。如图1所示，基因转染器100可以包括：衬底101，盖体102，以及加热单元103。

在本实施例中，盖体102以与衬底101表面之间具有间隔的方式而设置，盖体102与衬底101表面之间形成液体流动通道104，液体流动通道104用于使含有靶细胞和外源基因的溶液流动；加热单元103形成于衬底101表面，用于对液体流动通道104中流动的溶液进行加热。

在本实施例中，盖体102具有开口105，开口105与加热单元103的位置对应，开口105可以供经加热单元103加热后的溶液流出。

本申请的实施例，对流动通道中流动的含有靶细胞和外源基因的溶液进行加热使得靶细胞受到热冲击而使细胞表面产生可自行愈合的小孔洞，并且含有靶细胞和外源基因的溶液在流动通道中流动时也会由于与流动通道内壁的摩擦而使细胞表面产生可自行愈合的小孔洞，这些小孔洞便于该溶液中的外源基因进入靶细胞，达成基因转染的目的，由此，能高效地进行基因转染，并且，细胞用量和外源基因的用量较低，基因转染器的成本也较低，所以降低了基因转染的成本。

在本实施例中，衬底101可以是半导体制造领域中常用的衬底，例如硅晶圆、绝缘体上的硅(Silicon-On-Insulator，SOI)晶圆、锗硅晶圆、或氮化镓(Gallium Nitride，GaN)晶圆等；并且，该衬底可以是没有进行过半导体工艺处理的晶圆，也可以是已经进行过处理的晶圆，例如进行过离子注入、蚀刻和/或扩散等工艺处理过的晶圆，本实施例对此并不限制。

在本实施例中，加热单元103可以是电热材料，例如电阻器等。通过对加热单元103通电，可以是加热单元103发热，从而对流动通道104中的溶液进行加热。

在本实施例中，加热单元103可以将溶液加热到能产生气泡D且不破坏溶液中靶细胞的活性的温度，该温度例如可以是200℃-300℃。在本实施例中，加热单元103可以采用间断加热的方式进行加热，以达到上述加热温度，其中，每次加热的持续时间例如可以短于1微秒。

在本实施例中，如图1所示，衬底101可以具有凹部106，并且，加热单元103可以位于凹部106的底部，该凹部106可以使得衬底101表面与盖体101的距离加大，由此，加热单元103可以在其上方的液体流动通道104中生成更多的气泡，从而对溶液中的靶细胞产生足够的热冲击，以使得靶细胞的细胞表面产生小空洞。

在本实施例中，液体流动通道104的流通截面的尺寸可以为宽50um，高10um-100um，由此，能够使液体流动通道的内壁与溶液之间产生足够的摩擦，从而使细胞表面产生可自行愈合的小孔洞。此外，在本实施例中，开口105的口径例如可以是2-50um。

在本实施例中，衬底101表面还可以形成有保护层107，保护层107的材料例如可以是氮化硅(SiN)，由此，该保护层107既可以对衬底101表面进行保护，又可以与液体流动通道104中的液体产生摩擦；此外，保护层107的下方还可以设置有其它的介质层。

此外，加热单元103可以是单层结构或多层(multi-layers)结构，对于多层结构，例如可以是四层，从上至下可以依次为Ta，SiN，Al_0.5％Cu和TaAlN，并且，最下层的TaAlN可以设置在衬底101上方。

在本实施例中，盖体102的材料例如可以是硅(Silicon)，由此，盖体101可以与液体流动通道104中的液体产生足够的摩擦。

在本实施例中，含有靶细胞和外源基因的溶液可以通过开口105流出。

在本实施例中，该基因转染器100可以通过半导体制造工艺来进行制造。

图1的箭头A表示该溶液在液体流动通道内的流动方向，液滴B表示从开口105流出的溶液所形成的液滴。

图2是本实施例的基因转染器将外源基因导入靶细胞的一个示意图。

在图2中，外源基因可以以DNA质粒201的形态存在。在图2中，液体流动通道104内流动有含有靶细胞301和DNA质粒201的溶液。溶液在流动过程中，加热器103加热所产生的热量700使溶液中产生气泡D，气泡D对靶细胞301产生热冲击500，并且靶细胞301受到摩擦力400，所以靶细胞301的细胞膜产生小孔洞600；DNA质粒201经由这些小孔洞600进入靶细胞301内；含有DNA质粒201的靶细胞301随溶液从开口105流出，形成液滴B。

在本实施例中，液滴B可以在生物试纸(Bio-paper)上被培养，以成为带有外源基因的基因转染细胞。

在本实施例中，含有靶细胞和外源基因的溶液在液体流动通道104中流动的过程中受到热冲击并与液体流动通道的内壁摩擦，从而在靶细胞表面形成小孔洞，以使外源基因通过该小孔洞进入靶细胞，完成基因转染；并且，含有靶细胞和外源基因的溶液可以通过开口105流出。

根据本申请实施例，还提供一种基因转染方法，该方法使用图1的基因转染器进行基因转染。

该基因转染方法可以包括：

步骤101、将含有靶细胞和外源基因的溶液注入基因转染器100的液体流动通道104；以及

步骤102、通过加热单元103对液体流动通道104内的溶液进行加热，其中，经加热单元103加热后的溶液从开口105流出。

在本实施例中，靶细胞的细胞表面上(例如细胞膜)所产生的小孔洞600大约能维持3个小时，此后会愈合完毕。

在本实施例中，从开口105喷出的液滴可以被收集于96宫板或培养皿等培养容器，与含有目标DNA的溶液共培养例如3小时，使DNA能充分经由细胞膜上的小孔洞600进入细胞内部，进一步增强基因转染的效果。

根据本实施例，基因的转染效率(Transfection efficiency)可以高于15％，高于现有的基因转染方法的转染效率。

以上结合具体的实施方式对本申请进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本申请保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本申请的精神和原理对本申请做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本申请的范围内。

Claims (9)

1.一种基因转染器，用于将外源基因导入靶细胞，

其特征在于，该基因转染器具有：

衬底；

盖体，其以与所述衬底表面之间具有间隔而设置，所述盖体与所述衬底表面之间形成液体流动通道，所述液体流动通道用于使含有靶细胞和外源基因的溶液流动；以及

加热单元，其形成于所述衬底表面，用于对所述液体流动通道中流动的所述溶液进行加热；

其中，所述盖体具有开口，所述开口与所述加热单元的位置对应，所述开口供经所述加热单元加热后的所述溶液流出。

2.如权利要求1所述的基因转染器，其特征在于，

所述加热单元将所述溶液加热到能产生气泡并且不破坏所述靶细胞的活性的温度。

3.如权利要求2所述的基因转染器，其特征在于，

所述加热单元将所述溶液加热到200℃-300℃。

4.如权利要求1所述的基因转染器，其特征在于，

所述衬底具有凹部，所述加热单元位于所述凹部的底部。

5.如权利要求1所述的基因转染器，其特征在于，

所述液体流动通道的流通截面的尺寸为宽度为50um，高度为10um-100um。

6.如权利要求1所述的基因转染器，其特征在于，

所述衬底表面还形成有保护层，所述保护层的材料为SiN，

所述盖体的材料是硅。

7.一种基因转染方法，利用基因转染器将外源基因导入靶细胞，

其特征在于，该基因转染器具有：

衬底；

盖体，其以与所述衬底表面之间具有间隔而设置，所述盖体与所述衬底表面之间形成液体流动通道；以及

加热单元，其形成于所述衬底表面，用于对所述液体流动通道中流动的液体进行加热，

其中，所述盖体具有开口，所述开口与所述加热单元的位置对应；

所述基因转染方法包括：

将含有靶细胞和外源基因的溶液注入所述液体流动通道；以及

通过加热单元对所述溶液进行加热，

其中，经所述加热单元加热后的所述溶液从所述开口流出。

8.如权利要求7所述的基因转染方法，其特征在于，

所述加热单元将所述溶液加热到能产生气泡并且不破坏所述靶细胞的活性的温度。

9.如权利要求8所述的基因转染器，其特征在于，

所述加热单元将所述溶液加热到200℃-300℃。