CN114181825B - 一种外加电场作用下微流控离心式挤压的细胞转染系统 - Google Patents
一种外加电场作用下微流控离心式挤压的细胞转染系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种外加电场离心挤压式的微流控细胞转染系统，包括上亚克力光盘碟体、下亚克力光盘碟体、电场提供装置。上亚克力光盘碟体与下光盘体通过卡榫或是凹凸嵌合的方式进行连接，双层复合碟体架于离心平台上。下亚克力光盘碟体上刻划了多组微流道，微流道具有受限空间。下亚克力光盘碟体设有数个储存槽，包括前储存槽和后储存槽。前存储槽含有两个输液孔，后储存槽下方设置微流阀门。电场提供装置包括正极、负极和滑环，在滑环上连接导线。本发明提供提供一套通过电场力、毛细力和离心力使多种转染物质同时进行内输运的高效快速的细胞转染系统，减少了细胞挤压时细胞的动力源问题，提高了细胞转染的效率。
Description
技术领域
本发明涉及生物转染技术领域，特别是涉及一种外加电场作用下微流控离心式挤压的细胞转染系统。
背景技术
微流控技术是指研究人员可以通过精妙的结构设计和先进微电子工艺以期达到对单个细胞进行力学、电学等物理加载。微尺度的电极技术、剪切力加载和局域加热技术与微流控技术相结合都能够用来使单个细胞膜产生暂时性通孔。结合了微流控技术的细胞转染技术相较于宏观的细胞转染技术具有明显的优势：1.可以对单细胞进行操纵并实现穿孔；2.同时可以在微观层面研究细胞膜穿孔的力学机理；3.并且可以实现目标细胞高活性等。
离心微流控是以微机电技术为依托，将化学分析的采样、预处理、衍化、混合及检测等过程中涉及的阀、流动管道、混合反应器、加样、分离、检测等部件集成到CD形状的盘片上，以离心力为液流的驱动力，实现对液流检测分析的微流控体系。利用离心转速控制的原理，便可以通过程序轻易的控制实验的操作流程，对于检测人员只需要加入试剂，运行程序，便可以完成整个实验的流程得到实验结果。
细胞内输运(Intracellular Delivery)是将诸如基因、蛋白和生物大分子等纳米尺度外源性物质转染到目标细胞的胞体内并成功表达的过程。细胞转染是基因编辑、细胞治疗、再生医学和众多细胞研究领域的重要组成环节。尽管细胞转染在生物医学工程中扮演着重要角色，然而由于现有转染技术仍存在局限性，发展高效、通用、低成本和无损伤的转染方法仍然是重大的技术需求。
发明内容
基于上述细胞挤压原理，本发明提供提供一种外加电场作用下微流控离心式挤压的细胞转染系统(如图1所示)，减少了细胞挤压时细胞的动力源问题，提高了细胞转染的效率，改善了细胞转染的结果。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
包括上亚克力光盘碟体，所述上亚克力光盘碟体与下光盘体通过卡榫或是凹凸嵌合的方式进行连接；其特征在于：还包括下亚克力光盘碟体和电场提供装置；
所述下亚克力光盘碟体设置在所述上亚克力光盘碟体下方；
所述上亚克力光盘碟体与所述下亚克力光盘碟体组成双层复合碟体架；
所述双层复合碟体架于离心平台上；
所述下亚克力光盘碟体刻划多组微流道；
所述下亚克力光盘碟体设有数个储存槽；
所述储存槽包括前储存槽和后储存槽；
所述前存储槽含有两个输液孔；
所述后储存槽下方设置微流阀门；
所述电场提供装置包括正极、负极、滑环。
进一步地，所述上亚克力光盘碟体为密封且透明。
进一步地，所述微流道为沙漏状微流体通道，具有受限空间。
进一步地，所述电场提供装置提供向下电场。
进一步地，所述滑环可用于防止导线绕线。
本发明还提供了一种可用于一种外加电场离心挤压式的微流控细胞转染系统的方法，包括以下步骤：
准备阶段：
S1:将上亚克力光盘碟体与下亚克力光盘碟体通过卡榫或是凹凸嵌合的方式进行连接，形成一个双层复合碟体之后，架于离心平台上；
S2:将待转染细胞与转染物质依次注入前储存槽的两个输液孔，输入液体在毛细力作用下存储在前储存槽中；
S3:将正负极电路连接完毕，使其产生向下的电场；
实验阶段：
S4:启动离心平台；
当微流体碟体处于低转速离心时，液体在储存槽通往微流阀门的入口处会形成一层液气表面，此时液体的内部有在离心作用下所形成的液体压力，而在液气表面上会因表面张力产生一阻止液体前进的毛细压力，当液体压力低于毛细压力时，液体会保留在储存槽中，而随着离心转速提高，液体压力跟着增加，直到液体所受的离心力大于毛细压力时，便会突破微流道限位口，细胞通过离心力的作用通过微流道。此时细胞的细胞膜被限位口挤压，在短时间内发生细胞膜破裂，待输运的物质在后储存槽内通过暂时破裂的细胞膜进入细胞内，同时细胞收到电场影响，在短时间内发生细胞核膜破裂，待输运的物质通过破裂的细胞核膜进入细胞核内，一段时间后细胞的细胞膜、细胞核膜恢复，完成各种物质的细胞内输运。
取样阶段：
S5:通过吸管从后储存槽下方设置的微流阀门将细胞悬浮液吸出。
本发明的有益效果为：
本发明的优点在于提供了一种外加电场离心挤压式的微流控细胞转染系统，提供一套通过电场力、毛细力和离心力使多种转染物质同时进行内输运的高效快速的细胞转染系统，减少了细胞挤压时细胞的动力源问题，提高了细胞转染的效率。
附图说明
图1为本发明的一种外加电场作用下微流控离心式挤压的细胞转染系统结构示意图；
图2为本发明上亚克力光盘碟体与所述下亚克力光盘碟体结构示意图；
图3为本发明A处放大图；
图中：1、上亚克力光盘碟体；2、下亚克力光盘碟体；21、微流道；22、前储存槽；221、输液孔；23、后储存槽；231、微流阀门；3、电场提供装置；31、正极；32、负极；33、滑环；4、下光盘体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
请参阅图1-3，本发明提供了一种外加电场作用下微流控离心式挤压的细胞转染系统包括上亚克力光盘碟体1，所述上亚克力光盘碟体1与下光盘体4通过卡榫或是凹凸嵌合的方式进行连接；其特征在于：还包括下亚克力光盘碟体2和电场提供装置3；
所述下亚克力光盘碟体2设置在所述上亚克力光盘碟体1下方；
所述上亚克力光盘碟体1与所述下亚克力光盘碟体2组成双层复合碟体架；
所述双层复合碟体架于离心平台上；
所述下亚克力光盘碟体2刻划多组微流道21；
所述下亚克力光盘碟体2设有数个储存槽；
所述储存槽包括前储存槽22和后储存槽23；
所述前存储槽含有两个输液孔221；
所述后储存槽23下方设置微流阀门231；
所述电场提供装置3包括正极31、负极32、滑环33。
进一步地，所述上亚克力光盘碟体1为密封且透明。
进一步地，所述微流道21为沙漏状微流体通道。
进一步地，所述电场提供装置3提供向下电场。
进一步地，所述滑环33可用于防止导线绕线。
本发明还提供了一种可用于一种外加电场离心挤压式的微流控细胞转染系统的方法，包括以下步骤：
准备阶段：
S1:将上亚克力光盘碟体1与下亚克力光盘碟体2通过卡榫或是凹凸嵌合的方式进行连接，形成一个双层复合碟体之后，架于离心平台上；
S2:将待转染细胞与转染物质依次注入前储存槽22的两个输液孔221，输入液体在毛细力作用下存储在前储存槽22中；
S3:将正负极32电路连接完毕，使其产生向下的电场；
实验阶段：
S4:启动离心平台；
当微流体碟体处于低转速离心时，液体在储存槽通往微流阀门231的入口处会形成一层液气表面，此时液体的内部有在离心作用下所形成的液体压力，而在液气表面上会因表面张力产生一阻止液体前进的毛细压力，当液体压力低于毛细压力时，液体会保留在储存槽中，而随着离心转速提高，液体压力跟着增加，直到液体所受的离心力大于毛细压力时，便会突破微流道21限位口，细胞通过离心力的作用通过微流道21。此时细胞的细胞膜被限位口挤压，在短时间内发生细胞膜破裂，待输运的物质在后储存槽23内通过暂时破裂的细胞膜进入细胞内，同时细胞收到电场影响，在短时间内发生细胞核膜破裂，待输运的物质通过破裂的细胞核膜进入细胞核内，一段时间后细胞的细胞膜、细胞核膜恢复，完成各种物质的细胞内输运。
取样阶段：
S5:通过吸管从后储存槽23下方设置的微流阀门231将细胞悬浮液吸出。
实施例一
在微流体碟体上方为正极，在微流体碟体下方为负极，正负极向微流体碟体施加向下的电场。将微流体碟体刻划多组微流道，并在微流道上设计数个储存槽，于储存槽下方设置微流阀门。当微流体碟体处于低转速离心时，液体在储存槽通往微流阀门的入口处会形成一液气表面，此时液体的内部有来自离心作用下所形成的液体压力，而在液气表面上会因表面张力产生一阻止液体前进的毛细压力，当液体压力低于毛细压力时，液体会保留在储存槽中，而随着离心转速提高，液体压力跟着增加，直到液体所受的离心力大于毛细压力时，便会突破微流阀门，使储存槽中的液体释放出来。在外加向下电场的作用下在1-2小时内，质粒表达接近最大值，使得待输运的物质穿透核膜和质膜
利用离心转速控制的原理，便可轻易控制试剂依照检测流程依序释放，检测人员只需预先将试剂注入各储存槽，便可自动化执行试剂依序释放以及培育(incubation)混合反应，完成检测程序，再加上在此系统中试剂体积需求量小且反应的表面积大，可加速反应进行，使整体的检测时间缩短至1～2小时。
利用外加向下电场增强穿透原理，便可轻易使得待输运的物质穿透核膜和质膜，提高转染效率，将整个转染时间缩短至在1～2小时。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种外加电场离心挤压式的微流控细胞转染系统，包括上亚克力光盘碟体，所述上亚克力光盘碟体与下光盘体通过卡榫或是凹凸嵌合的方式进行连接；其特征在于：还包括下亚克力光盘碟体和电场提供装置；
所述下亚克力光盘碟体设置在所述上亚克力光盘碟体下方；
所述上亚克力光盘碟体与所述下亚克力光盘碟体组成双层复合碟体架；
所述双层复合碟体架于离心平台上；
所述下亚克力光盘碟体刻划多组微流道，所述微流道为沙漏状微流体通道，具有受限空间对应的限位口；
所述下亚克力光盘碟体设有数个储存槽；
所述储存槽包括前储存槽和后储存槽；
所述前存储槽含有两个输液孔；
所述后储存槽下方设置微流阀门；
所述电场提供装置包括正极、负极、滑环，所述电场提供装置提供向下电场；
启动所述离心平台时，细胞的细胞膜被所述限位口挤压，在短时间内发生细胞膜破裂，待输运的物质过暂时破裂的细胞膜进入细胞内，同时细胞受到所述电场影响，在短时间内发生细胞核膜破裂，待输运的物质通过破裂的细胞核膜进入细胞核内，一段时间后细胞的细胞膜、细胞核膜恢复，完成各种物质的细胞内输运。
2.根据权利要求1所述的一种外加电场离心挤压式的微流控细胞转染系统，其特征在于：所述上亚克力光盘碟体为密封且透明。
3.根据权利要求1所述的一种外加电场离心挤压式的微流控细胞转染系统，其特征在于：所述滑环可用于防止导线绕线。
4.一种可用于权利要求1-3任一所述的一种外加电场离心挤压式的微流控细胞转染系统的方法，包括以下步骤：
准备阶段：
S1:将上亚克力光盘碟体与下亚克力光盘碟体通过卡榫或是凹凸嵌合的方式进行连接，形成一个双层复合碟体之后，架于离心平台上；
S2:将待转染细胞与转染物质依次注入前储存槽的两个输液孔，输入液体在毛细力作用下存储在前储存槽中；
S3:将正负极电路连接完毕，使其产生向下的电场；
实验阶段：
S4:启动离心平台；
当微流体碟体处于低转速离心时，液体在储存槽通往微流阀门的入口处会形成一层液气表面，此时液体的内部有在离心作用下所形成的液体压力，而在液气表面上会因表面张力产生一阻止液体前进的毛细压力，当液体压力低于毛细压力时，液体会保留在储存槽中，而随着离心转速提高，液体压力跟着增加，直到液体所受的离心力大于毛细压力时，便会突破微流道限位口，细胞通过离心力的作用通过微流道，此时细胞的细胞膜被限位口挤压，在短时间内发生细胞膜破裂，待输运的物质在后储存槽内通过暂时破裂的细胞膜进入细胞内，同时细胞收到电场影响，在短时间内发生细胞核膜破裂，待输运的物质通过破裂的细胞核膜进入细胞核内，一段时间后细胞的细胞膜、细胞核膜恢复，完成各种物质的细胞内输运；
取样阶段：
S5:通过吸管从后储存槽下方设置的微流阀门将细胞悬浮液吸出。
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