CN113817599A - 一种具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，包括电穿孔室，至少一个开口，可沿电穿孔室内壁相对移动的栓塞。本发明所述的流式电穿孔装置能够将电穿孔室内壁上产生的影响细胞电击效率的残留物清除，从而提高了细胞电穿孔的整体工作效率，提高了流式电穿孔装置的稳定性和重复利用率，降低了使用成本。

Description

一种具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置

技术领域

本发明涉及一种清理电极表面的装置，更具体而言，本发明涉及一种清理流式电穿孔装置中电极表面的装置。

背景技术

细胞膜是包围在细胞外周的一层薄膜，是细胞与外界进行选择性物质交换的通透性屏障。细胞膜使细胞成为一个独立的生命单位，并拥有一个相对稳定的内环境。周围环境中的一些物质可以通过细胞膜，其它的物质则不行。细胞可以通过细胞膜从周围环境摄取养料，排出代谢产物，使物质的转运达到平衡状态。所以，细胞膜的基本功能就是维持细胞内微环境的相对稳定并有选择地与外界环境进行物质交换。

研究发现，如果对细胞施加一定强度的电场并持续一段时间，就可以诱导细胞膜上产生一些微孔，使细胞的通透性增强，所谓细胞电穿孔就是指细胞在外加脉冲电场的作用下，细胞膜脂双层上形成瞬时微孔的生物物理过程。当细胞膜发生电穿孔时，其通透性和膜电导会瞬时增大，使亲水分子、核酸、蛋白质、病毒颗粒、药物颗粒等正常情况下不能通过细胞膜的物质得以进入细胞。在短时间内撤除电场后，细胞膜可以自我恢复，重新成为选择性通透屏障。这种利用细胞膜电穿孔的特性将外源物质导入细胞的过程称为电转染。

虽然电转染作用的机理并不完全清楚，但在本文中细胞电转染是公知的，包括细胞膜脂双层的破裂，导致在膜上形成暂时性的微孔，允许外源性分子进入细胞。

根据已有的研究，为了能够实现高容量的细胞电转染过程，通常会将一个腔室放置于一对平行电极之间，使得细胞悬浮液在腔室中流动的同时受到电击，通常该类装置也称为流式电转染装置。

但是在流式电转染装置的实际电转染过程中，细胞悬浮液中产生的大量气泡会附着在电极表面，影响电场均匀性，从而导致电转染效果不稳定。发明人已经做出了一些努力，采用对细胞悬浮液进行加压的方式，抑制电转染过程中气泡的产生，例如CN2018104939356，CN2018110783561分别公开了一种间歇式流式电转染装置。虽然上述专利已经取得了一定的技术效果，但是，上述专利并不对本发明产生影响。

发明人还研究了一种可加压的流式电转染装置CN2019201990312，根据压水井的原理，提供了一种通过可移动的活塞实现自动进液并加压，抑制电转染过程中细胞悬浮液中气泡的产生，并有效清除积累附着在电极及管体上的死细胞等糊状物的电转染装置。但是该装置需要活塞往复运动，是一种间歇式的流式电转染装置。

发明人在实际使用流式电穿孔装置的过程中发现，当细胞在电穿孔室内受到电击时，电极表面会附着一些气泡和死细胞/细胞碎片等糊状物，一部分气泡和死细胞/细胞碎片等糊状物会随着液体的流动被带走，但仍有一部分气泡和死细胞/细胞碎片等糊状物会继续附着在电极表面上。电极表面所附着的气泡和死细胞/细胞碎片等糊状物会导致有效电极工作表面减小，以致电穿孔室内的有效电穿孔体积减小。

若细胞悬浮液每次进入电穿孔室内的体积不变，由于有效电极工作面积减小，会使一部分细胞没有受到电击；另外气泡的产生会导致电穿孔室内电场不均匀；电穿孔室内的有效体积会因受到所附着的气泡和死细胞/细胞碎片等糊状物的影响而减小，经过电穿孔室内的液体流速会加快，细胞所经受的有效电击次数也会减少，最终会影响整体电穿孔的工作效率。

因此，本发明希望提供一种流式电穿孔装置，在使用一段时间之后，可以对电极表面进行清理，以克服电极表面附着的气泡和死细胞/细胞碎片等糊状物影响电场均匀性等的问题，同时电极表面清理后，还可以继续进行电穿孔，提高了电穿孔装置的使用频次，降低了使用成本。

发明内容

本发明克服了上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供了一种通过可移动的栓塞有效除去残留在电穿孔室内壁上的气泡和死细胞/细胞碎片等糊状物的电穿孔装置。

为了达到上述目的，本发明所提供的流式电穿孔装置的技术方案概述如下：

一种具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，包括电穿孔室，至少一个开口，其特征在于，包括可沿电穿孔室内壁相对移动的栓塞；

优选，所述电穿孔室包括电极组件和电极支撑装置，所述电极组件为一组平行板电极，平行板电极平行放置于电极支撑装置上，平行板电极之间留有间隙；所述电极支撑装置为非金属不导电材料；所述平行板电极和电极支撑装置通过焊接、胶粘、紧固等方式连接；所述电极材料包括但不限于各种金属及合金、带表面镀层的金属、复合高分子导电材料等；

优选，所述装置包括二个开口，一个为进液口，一个为出液口；

优选，所述装置包括三个开口，两个为进液口，一个为出液口，或者一个为进液口，两个为出液口；

优选，所述装置包括四个开口；两个为进液口，两个为出液口；

优选，所述栓塞的截面面积等于所述电穿孔室的截面面积，所述栓塞的截面直径或边长等于所述电穿孔室的截面直径或边长；所述栓塞截面的轮廓形状与所述电穿孔室截面的轮廓形状相同；

优选，所述栓塞的材料选择硬质固体材料，所述硬质固体材料选自陶瓷、塑料、橡胶，复合高分子材料等绝缘材料；

优选，所述装置还包括使所述栓塞能够沿所述电穿孔室内壁相对移动的动力系统；

优选，所述动力系统包括连接杆，动力源；

优选，所述连接杆与栓塞固定连接；所述固定连接是指通过化学试剂(比如粘合剂)方式连接，或所述栓塞与所述动力系统通过物理固定方式连接；

优选，所述动力源包括但不限于机械力、液压、气压、人力等；

优选，所述动力系统还包括至少一个支撑架；

优选，所述连接杆能够穿过支撑架，支撑架限定所述连接杆移动；

优选，所述动力系统还包括两个支撑架，弹性体；

优选，所述弹性体位于两个支撑架中间，所述连接杆能够穿过弹性体；

优选，所述弹性体包括但不限于橡胶、弹簧、气囊等带有弹性可伸缩的材质；

本发明技术方案带来的有益效果：

本发明的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置中设置了可移动的栓塞结构，能够将电穿孔室内壁上产生的影响电击效率的残留物清除，从而提高细胞电穿孔的工作效率，提高了流式电穿孔装置的稳定性和重复利用率，降低了使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1，本发明所述具有一个进液口和一个出液口的流式电穿孔装置的分解图；

图2，本发明所述具有一个进液口和一个出液口的流式电穿孔装置的剖视图；

图3，本发明所述具有两个进液口和一个出液口的流式电穿孔装置的分解图；

图4，本发明所述具有两个进液口和两个出液口的流式电穿孔装置的分解图；

图5，本发明所述具有一个进液口和一个出液口的流式电穿孔装置的分解图；

图6，本发明所述具有两个进液口和一个出液口的流式电穿孔装置的分解图；

其中：1-电极支撑装置，2-第一电极，3-第二电极，4-出液口a，5-电穿孔室，6-栓塞，7-第一支撑架，8-弹性体，9-连接杆，10-第二支撑架，11-进液口a，12-壳体，13-进液口b，14-出液口b。

具体实施方式

下面将对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例:

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一

本发明所述流式电穿孔装置如图1和图2所示，所述电穿孔装置包括由电极支撑装置(1)、第一电极(2)和第二电极(3)组成的电穿孔室(5)，所述第一电极(2)和第二电极(3)平行放置于电极支撑装置(1)中，所述电极支撑装置(1)设置有出液口a(4)；所述电穿孔装置包括栓塞(6)，第一支撑架(7)，连接杆(9)，所述连接杆(9)穿过所述第一支撑架(7)与栓塞(6)固定连接；所述电穿孔装置包括壳体(12)，所述第一支撑架(7)设置于所述壳体(12)内，所述壳体(12)设置有进液口a(11)。

初始状态下，栓塞(6)位于第一支撑架(7)上，细胞悬浮液通过蠕动泵控制从进液口a(11)流入电穿孔室(5)，对第一电极(2)和第二电极(3)施加电压形成电场，完成电穿孔后，细胞悬浮液从出液口a(4)流出，经过一个或多个电穿孔周期后，第一电极(2)和/或第二电极(3)表面出现附着物，蠕动泵停止工作，从进液口a(11)将不再流入细胞悬浮液至电穿孔室(5)，且电穿孔室(5)中的细胞悬浮液停止流动。

然后通过施加外界力使连接杆(9)带动栓塞(6)沿电穿孔室(5)内壁滑动。栓塞(6)的四周侧面和电穿孔室(5)内壁紧密接触，栓塞(6)沿电穿孔室(5)内壁滑动时，细胞悬浮液不会从栓塞(6)的四周侧面溢流出来，经过栓塞(6)一次或多次的往复滑动，第一电极(2)和/或第二电极(3)表面附着物从电极表面被清理下来，且受栓塞(6)滑动的影响，从电极表面清理下来的附着物会分散到细胞悬浮液中。施加外界力使栓塞(6)复位，即重新位于第一支撑架(7)上。

再次开启蠕动泵，使细胞悬浮液继续流动，细胞悬浮液再次从进液口a(11)流入电穿孔室(5)，同时将之前停留在电穿孔室(5)中的细胞悬浮液挤出。再次进行下一个周期的电穿孔。

实施例二

本发明所述流式电穿孔装置如图3所示，所述电穿孔装置包括由电极支撑装置(1)、第一电极(2)和第二电极(3)组成的电穿孔室(5)，所述第一电极(2)和第二电极(3)平行放置于电极支撑装置(1)中，所述电极支撑装置(1)设置有出液口a(4)；所述电穿孔装置包括栓塞(6)，第一支撑架(7)，连接杆(9)，所述连接杆(9)穿过所述第一支撑架(7)与栓塞(6)固定连接；所述电穿孔装置包括壳体(12)，所述第一支撑架(7)设置于所述壳体(12)内，所述壳体(12)设置有进液口a(11)和进液口b(13)。

初始状态下，栓塞(6)位于第一支撑架(7)上，进液口b(13)处设置有阀门，且阀门处于闭合状态。细胞悬浮液通过蠕动泵控制从进液口a(11)流入电穿孔室(5)，对第一电极(2)和第二电极(3)施加电压形成电场，完成电穿孔后，细胞悬浮液从出液口a(4)流出，经过一个或多个电转周期后，第一电极(2)和/或第二电极(3)表面出现附着物，蠕动泵停止工作，从进液口a(11)将不再流入细胞悬浮液至电穿孔室(5)，且电穿孔室(5)中的细胞悬浮液停止流动。

然后施加外界力使连接杆(9)带动栓塞(6)沿电穿孔室(5)内壁滑动。经过栓塞(6)一次或多次的往复滑动，第一电极(2)和/或第二电极(3)表面附着物从电极表面被清理下来。且受栓塞(6)的滑动的影响，从电极表面清理下来的附着物会分散到细胞悬浮液中。

打开进液口b(13)的阀门，进液口b(13)连接装有清洗液的容器，内部预先存放清洗液，如细胞培养液、电穿孔缓冲液等。清洗液通过蠕动泵从进液口b(13)流入电穿孔室(5)，将之前停留在电穿孔室(5)中的细胞悬浮液从出液口a(4)挤出。施加外界力将栓塞(6)复位至第一支撑架(7)处，进液口b(13)的阀门再次处于闭合状态。细胞悬浮液通过蠕动泵继续流动，进行下一个周期的电穿孔。

实施例三

本发明所述流式电穿孔装置如图4所示，所述电穿孔装置包括由电极支撑装置(1)、第一电极(2)和第二电极(3)组成的电穿孔室(5)，所述第一电极(2)和第二电极(3)平行放置于电极支撑装置(1)中，所述电极支撑装置(1)设置有出液口a(4)和出液口b(14)；所述电穿孔装置包括栓塞(6)，第一支撑架(7)，连接杆(9)，所述连接杆(9)穿过所述第一支撑架(7)与栓塞(6)固定连接；所述电穿孔装置包括壳体(12)，所述第一支撑架(7)设置于所述壳体(12)内，所述壳体(12)设置有进液口a(11)和进液口b(13)。

初始状态下，栓塞(6)位于第一支撑架(7)上，进液口b(13)设置有阀门，且阀门处于闭合状态。出液口b(14)设置有阀门，且阀门处于闭合状态。细胞悬浮液通过蠕动泵控制从进液口a(11)流入电穿孔室(5)，对第一电极(2)和第二电极(3)施加电压形成电场，完成电穿孔后，细胞悬浮液从出液口a(4)流出，经过一个或多个电转周期后，第一电极(2)和/或第二电极(3)表面出现附着物，蠕动泵停止工作，从进液口a(11)将不再流入细胞悬浮液至至电穿孔室(5)，且电穿孔室(5)中的细胞悬浮液停止流动。

然后施加外界力使连接杆(9)带动栓塞(6)沿电穿孔室(5)内壁滑动。经过栓塞(6)一次或多次的往复滑动，第一电极(2)和/或第二电极(3)表面附着物从电极表面被清理下来。且受栓塞(6)滑动的影响，从电极表面清理下来的附着物会分散到细胞悬浮液中。

关闭出液口a(4)的阀门，打开进液口b(13)的阀门，打开出液口b(14)的阀门，进液口b(13)连接装有清洗液的容器，内部预先存放清洗液，如细胞培养液、电穿孔缓冲液等。清洗液通过蠕动泵从进液口b(13)流入电穿孔室(5)，将之前停留在电穿孔室(5)中的细胞悬浮液从出液口b(14)挤出。施加外界力将栓塞(6)复位至第一支撑架(7)处，进液口b(13)的阀门再次处于闭合状态，出液口b(14)的阀门处于闭合状态。打开出液口a(4)的阀门，细胞悬浮液通过蠕动泵继续流动，进行下一个周期的电穿孔。

实施例四

本发明所述流式电穿孔装置如图5和图6所示，在上述实施例一和实施例二的基础上，本发明所述电穿孔装置还可以包括弹性体(8)和第二支撑架(10)；所述连接杆(9)穿过第一支撑架(7)与栓塞(6)固定连接；所述连接杆(9)穿过弹性体(8)与第二支撑架(10)固定连接；所述弹性体(8)置于第一支撑架(7)和第二支撑架(10)之间。

当外界力施加给第二支撑架(10)，第二支撑架(10)压缩弹性体(8)通过连接杆(9)带动栓塞(6)沿电穿孔室(5)内壁滑动，滑动过程中，栓塞(6)与电极表面接触，从而使电极表面上附着物被清理下来；外界力消除后，弹性体(8)逐渐恢复到初始状态，带动第二支撑架(10)复位，所述连接杆(9)带动栓塞(6)恢复到初始位置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，但并不限制本发明，不能认定本发明的实施方式只局限于这些实施例。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理和构思的前提下，还可以做出若干改进或润饰，都应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，包括电穿孔室，至少一个开口，其特征在于，包括可沿电穿孔室内壁相对移动的栓塞。

2.根据权要求1所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述装置还包括使所述栓塞能够沿所述电穿孔室内壁相对移动的动力系统。

3.根据权要求2所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述动力系统包括连接杆和动力源，所述连接杆与栓塞固定连接。

4.根据权要求3所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述动力源包括但不限于机械力、液压、气压、人力等。

5.根据权要求3所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述动力系统还包括至少一个支撑架。

6.根据权要求5所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述动力系统包括两个支撑架和弹性体。

7.根据权要求1所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述弹性体设置于两个支撑架中间。

8.根据权要求1所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述电穿孔室包括电极组件和电极支撑装置，所述电极组件为一组平行板电极，所述平行板电极平行放置于电极支撑装置上。

9.根据权要求1所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述装置可以包括二个开口或者，三个开口，或者四个开口。

10.根据权要求1所述的具有清理电极表面结构的流式电穿孔装置，其特征在于，所述栓塞的截面面积与所述电穿孔室的截面面积相同。

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