CN110527626A - 一种与多孔板配合使用的针电极装置 - Google Patents

一种与多孔板配合使用的针电极装置 Download PDF

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黄强
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Abstract

本发明提供了一种与多孔板配合使用的针电极装置，其特征在于，包括电极阵列和垫圈，所述垫圈设置与电极阵列排列一致的孔隙，所述电极阵列固定在所述垫圈内，所述电极阵列包括多个电极，所述多个电极上按时间周期分别施加第一极性的电脉冲和第二极性的电脉冲，其中，所述第一极性的电脉冲对应的电极的周围分布的都是第二极性的电脉冲对应的电极。本发明的装置使针电极阵列的上部与多孔板开口的位置形成密封，有效的防止了电转染时液体溅射的问题，避免交叉污染。

Description

一种与多孔板配合使用的针电极装置
技术领域
本发明涉及细胞电转染技术，特别是涉及一种高密度分布式立体电极装置，特别是涉及一种与多孔板配合使用的电转染针电极装置。
背景技术
自从1970年代电转染技术就被用于将分子插入到动物细胞或植物细胞内，研究者证实，细胞暴露于短暂持续的高压电场中能使细胞膜上形成通道，大分子如蛋白质和DNA可通过该通道进入细胞内。这些通道被称为电孔洞，是由高压电场造成的细胞膜局部破裂引起的通透性升高区。这些孔洞的存在时间虽然短暂，但足以满足大分子如质粒DNA分子进入细胞的需要。细胞虽然能够耐受这些孔洞的形成，但如果形成的孔洞过多过大，其产生的过程以及由此导入的分子也可能会杀死细胞。
最早是用最简单的带平行板电容器进行电转染，彼此相对的电极之间可产生基本均匀的电场。将准备进行电转染的细胞悬液与操作者希望将其导入到细胞内的分子混合置于两个电极之间，在电极上通以一次或多次短时间的高压电场脉冲，从而达到分子通过电转染导入到细胞内的效果。但平行板电极之间的间距较大，所需要的电压通常都高达数千伏，无可避免的会产生阴极效应，对细胞产生巨大伤害。
之后出现的平面电极虽然解决了电压过高带来的负面作用，但是每次能够处理的细胞量很小，不适合于高通量的实验操作。立体式电极容易刺入组织和活体，多用于肿瘤或活体组织等临床方向的电转染，其电转染效率并不高，对于体外的细胞电转染如悬浮细胞或贴壁细胞都没有过相关的报道。
中国专利CN201310227093公开了一种高密度分布式立体电极装置，能够最大程度的弥补立体电极造成的电场不均，能够单次处理毫升级的细胞，在孔板和流式装置中均能使用，能避免了高电压对细胞的伤害，成本低，是一种高通量、高效率的细胞电转染装置。
但是该立体电极装置在与孔板配合使用时，会存在以下技术问题：
由于针电极阵列和孔板上表面之间存在一定的间隙，导致针电极阵列电转染时比较容易使溶液溅出孔板，这不仅对溶液是一种浪费，并且还有可能污染其它孔板内的细胞。
为确保针电极阵列能够完全触底，实际电极针的长度要稍微比孔板的深度稍大，使用时如手扶力度稍大容易导致电极针弯曲变形，从而引起短路，产生电击火花，严重时甚至爆炸。
由于孔板的深度不是标准化的尺寸，实际使用针电极阵列的时候，通常都会选择针电极阵列的长度大于孔板的深度。
发明内容
本发明的实施方式提供一种既可以在一定程度上减少针电极阵列的受力变形量，又可以把多孔板的孔全部覆盖，防止电转染时溶液溢出的装置。
本发明的目的是提供与孔板配合使用的针电极阵列装置。
本发明的另一目的是提供一种与孔板配合使用的盖板，提高处理电转染效率。
本发明的技术方案如下：一种与多孔板配合使用的针电极装置，其特征在于，包括电极阵列和垫圈，所述垫圈设置与电极阵列排列一致的孔隙，所述电极阵列固定在所述垫圈内，所述电极阵列包括多个电极，所述多个电极上按时间周期分别施加第一极性的电脉冲和第二极性的电脉冲，其中，所述第一极性的电脉冲对应的电极的周围分布的都是第二极性的电脉冲对应的电极。
优选所述垫圈上部的形状为方形或圆形。
优选所述垫圈上部的尺寸比多孔板的开口尺寸大。
优选所述垫圈下部的形状为圆柱形或下窄上宽的圆柱形，所述垫圈下部的尺寸比多孔板的开口尺寸小。
优选所述电极阵列中的多个电极按正多边形排列，所述电极阵列中相邻的两个电极之间的距离相等。
优选所述电极阵列的形状为由六个等边三角形组成的正六边形，所述电极位于所述等边三角形的顶点上。
优选所述第一极性为正极，所述第二极性为负极。
优选所述第一极性为负极，所述第二极性为正极。
优选所述电极的直径为0.01-1.2mm，所述两个相邻电极中心点之间的距离为0.1-2.4mm，所述电极的个数为大于19根，所述电极的材料为不锈钢、琴钢、铂金、纯金或镀金材料等，首选不锈钢材料。
本发明还提供一种与多孔板配合使用的盖板，其特征在于，包括至少一个本发明所述的与多孔板配合使用的针电极装置。
本发明的针电极装置在使用时，即使用手压按针电极，硅胶垫圈上部平滑的部分可以很好的压缩，确保电极接触多孔板底部，下面多出来的硅胶可以确保针电极与针电极之间不会发生变形，从而针电极与针电极间隙不会变小。
本发明所述垫圈的材质优选能够压缩产生弹性形变的绝缘材质，优选软弹性硅胶。
本发明的有益效果是：
本发明提供的与多孔板配合使用的针电极装置，通过设置垫圈，使针电极阵列的上部与多孔板开口的位置形成密封，有效的防止了电转染时液体溅射的问题，避免交叉污染。
本发明提供的与多孔板配合使用的针电极装置，通过设置垫圈，使裸露电极针的长度减少，有效的减缓了针电极阵列触底后的弯曲变形。
附图说明
图1本发明硅胶垫圈针电极阵列装置结构示意图；
图2本发明设计硅胶垫圈形状结构示意图；
图3本发明设计硅胶垫圈形状结构示意图；
图4本发明针电极阵列装置置于多孔板示意图；
附图标记：1-硅胶垫圈，2-针电极阵列，3-针电极基座，4-多孔板，5-硅胶垫圈针电极置，6-针电极置。
实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例一
本发明提供一种与多孔板配合使用的针电极装置如图1所示，包括电极阵列和电极固定组件，所述电极阵列固定在所述电极固定组件上。所述垫圈设置与电极阵列排列一致的孔隙，所述电极阵列固定在所述垫圈内，所述垫圈上部的形状为方形或圆形，所述垫圈上部的尺寸比多孔板的开口尺寸大，使垫圈能够覆盖多孔板的开口，所述垫圈下部的形状为圆柱形或下窄上宽的圆柱形如图2、3所示，所述垫圈下部的尺寸比多孔板的开口尺寸小，使垫圈能够部分插入多孔板的开口中。
本发明的针电极装置使用的垫圈的材料优选绝缘硅胶，软塑胶绝缘产品也可以使用。
本发明使用的电极阵列由实心的37根圆柱体电极组成，排列规则为所有的电极排列成正六边形结构，相邻的两个电极之间的间距都相等，以相邻两个电极之间的间距为边长，将正六边形内部分成六个小的等边三角形单元，每个等边三角形的顶点放置一个电极，即所有的电极分为I、II、III3组，每个等边三角形单元的顶点分别属于I、II、III。
本发明的电极阵列的正六边形的内径与多孔板的板孔相匹配，两个相邻电极中心点之间的距离为1mm。两个电极之间的间距影响电转染时的电压，可以根据需要调整。在电极插入孔板中，离孔板底部的距离为0.1mm-1mm。
本发明的电极的直径为0.2mm-0.6mm，直径过大或者过小都会影响电转染效果。直径过大时，电转染的有效电场面积会减少，使能够电转染的细胞量减少，不利于高通量的细胞电转染。直径过小，电极容易弯曲，使制作成本大大增加。
本发明的电极的材料可选择任意导电金属和其他导电材料，其中不锈钢电极是作为电极的极好的材料。所述不锈钢材料具有良好的生物兼容性，容易清洗，不易氧化，容易做成较长的电极，能够大批量生产并多次重复使用而不影响其导电特性。
本发明的电极固定组件包括电极连接板和电极定位板，两个电极连接板分别位于所述电极定位板的上下部位，再用螺栓和螺母将所述固定支撑柱、所述电极连接板和所述电极定位板紧固在一起。
由于所述电极比较长，而电转染技术对于电极间距精度要求很高，因此在进行电转染实验时采用了双层电极连接板和电极定位板对所述电极进行定位。由于所述双层电极连接板和所述电极定位板的厚度约1cm，能够对所述电极进行长距离的约束和定位，因此能够很准确的控制电极到达孔板底部的位置。所述高密度分布式立体电极装置的支撑结构能够轻松的扩展，可以组成2×2、1×4、12×8等任意组合阵列的电极网络，这样灵活多样的组合能够最大程度的兼容多孔板结构，方便用户使用。
本发明的电极连接板将同一组的电极通过焊接方式、导电胶或其它电学连接方式连在一起。可以采用PCB线路板，也可以是任何能够完成规定线路连接的器件。
本发明的电极定位板用于电极定位，电极细长容易弯曲，使用所述电极定位板能降低电极间距的不一致性，从而提高电场均匀性。
实施例二
将未使用垫圈的针电极和本发明使用了垫圈的针电极与多孔板配合进行电转染试验如图4所示，在电转染的过程中，未使用垫圈的针电极在电转染时，有液体溅出，而本发明使用了垫圈的针电极在电转染时，虽然也有液体在孔内溅射的现象，但是由于垫圈的阻挡，并没有液体溅出。

Claims (10)

1.一种与多孔板配合使用的针电极装置，其特征在于，包括电极阵列和垫圈，所述垫圈设置与电极阵列排列一致的孔隙，所述电极阵列固定在所述垫圈内，所述电极阵列包括多个电极，所述多个电极上按时间周期分别施加第一极性的电脉冲和第二极性的电脉冲，其中，所述第一极性的电脉冲对应的电极的周围分布的都是第二极性的电脉冲对应的电极。
2.根据权利要求1所述的针电极装置，其特征在于，所述垫圈上部的形状为方形或圆形。
3.根据权利要求2所述的针电极装置，其特征在于，所述垫圈上部的尺寸比多孔板的开口尺寸大。
4.根据权利要求1所述的针电极装置，其特征在于，所述垫圈下部的形状为圆柱形或下窄上宽的圆柱形，所述垫圈下部的尺寸比多孔板的开口尺寸小。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电极阵列中的多个电极按正多边形排列，所述电极阵列中相邻的两个电极之间的距离相等。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电极阵列的形状为由若干等边三角形组成的正六边形，所述电极位于所述等边三角形的顶点上。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一极性为正极，所述第二极性为负极。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一极性为负极，所述第二极性为正极。
9.根据权利要求1-8任一所述的装置，其特征在于，所述电极的直径为0.01-1.2mm，所述两个相邻电极中心点之间的距离为0.1-2.4mm，所述电极的个数为大于19根，所述电极的材料为不锈钢、琴钢、铂金、纯金或镀金材料等，首选不锈钢材料。
10.一种与多孔板配合使用的盖板，其特征在于，包括至少一个权利要求1所述的与多孔板配合使用的针电极装置。
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