CN219621187U - 一种细胞电穿孔装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于生物实验技术领域，具体为一种细胞电穿孔装置。本实用新型装置包括一刺激电极对、脉冲发生器、用于放置细胞培养基和输送药物的培养皿；刺激电极对的负极和正极与脉冲发生器正负极相连，构成电源输出回路；培养皿包括培养皿底部和盖子，培养皿盖子中间部分开有供负极和正极穿过的洞孔；脉冲发生器输出脉冲波形包括微秒高压脉冲串和毫秒低压脉冲；使用时，所述刺激电极对正极和负极垂直平行浸入培养基中与细胞培养皿底面紧密接触，触发脉冲发生器连接，形成电流通路。本实用新型采用的电压波形设计，使得电穿孔过程对细胞损伤更小，递送效率高，增强药物电泳时间，能够大大增强药物进入细胞的量。
Description
技术领域
本实用新型属于生物实验技术领域，具体为一种细胞电穿孔装置。
背景技术
细胞内递送是生物学研究的关键步骤，并促成了数十年的生物医学发现。它在从生物制造到基于细胞的疗法的工业和医疗应用中也变得越来越重要，主要挑战是必须将不透膜的药物引入细胞内部，而不会对细胞造成不良损坏。电穿孔技术指通过外加电场作用于生物细胞时，细胞膜上的脂质双分子发生逆转形成亲水性微孔的现象；外加电场撤去后细胞膜如能恢复至常态，从而向细胞中导入药物或者提取细胞中成分的方法。虽然传统的电穿孔系统已得到广泛应用，但它们需要高压输入，细胞活力受到很大破坏，由于可逆电穿孔与不可逆电穿孔界限不清，实验处理后细胞活性较低。实验电场分布不均匀产生扭曲、实验过程中随着细胞破裂，细胞内容物流出造成溶液pH值变化、局部金属离子溶解和过热等，导致电穿孔效率低。
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是现有的电转移或电穿孔装置存在的高细胞毒性以及递送效率低的问题。因此，本实用新型提供了一种细胞电穿孔装置及高效药物递送方法，利用短高压和长低压脉冲的组合可以在提高转染效率的同时保持细胞活力。高压脉冲有助于电渗透，而低压脉冲提供电泳力，将DNA拖向细胞膜或将其插入细胞。在电穿孔部分，可以采用相对较高的电场，以获得尽可能最高的电穿孔效率；在介电泳细胞处理部分，通过介电泳(DEP)对活细胞进行分子转运和分类，从而实现对细胞活性友好又高效的药物递送方法。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种价格低廉、操作简单、观察方便的细胞电穿孔装置。
本实用新型提供的细胞电穿孔装置，包括一刺激电极对、脉冲发生器、用于放置细胞培养基和输送药物的培养皿；其中，所述刺激电极对分为负极和正极，正极和负极通过导线与脉冲发生器正负极相连，构成电源输出回路；刺激电极对的负极和正极之间距离可调；培养皿包括培养皿底部和盖子，培养皿盖子为透明玻璃材质（便于观察细胞培养皿中反应情况），其中间部分开有供负极和正极穿过的洞孔；所述脉冲发生器，采用一套共同直流充电电源，通过分别控制两路开关电路输出微秒高压窄脉冲串和毫秒低压长波形脉冲；使用时，所述刺激电极对正极和负极分别穿过培养皿盖子上的洞孔，垂直平行，浸入培养基中与细胞培养皿底面紧密接触，触发脉冲发生器连接，形成电流通路。
进一步地，所述细胞培养皿的直径为30-40 mm，深度为15-25 mm。
进一步地，所述刺激电极对的每片电极的长15-25 mm，宽2-5 mm，高15-25 mm。
进一步地，所述刺激电极对的负极和正极之间的距离为10-20 mm。
进一步地，所述微秒脉冲串的频率为1-100 Hz，最小精度为1 Hz，持续时间为1-60s，最小精度为1 s，峰值电压范围为0-3000 V，最小精度为1 V，脉宽为0-100 μs，最小精度为1 μs；毫秒低压脉冲的峰值电压范围为0-500 V，最小精度为0.1 V，脉宽为0-900 ms，最小精度为1 ms。
进一步地，所述脉冲发生器1产生的微秒脉冲串的频率为10 Hz，持续时间为1s，最小精度为0.01 s，峰值电压范围为100-1000 V可调，脉宽为10-100 μs可调；毫秒低压脉冲的峰值电压范围为100-500 V，脉宽为10-90ms。
进一步地，微秒高压脉冲串和毫秒低压脉冲之间的死区时间为0-5 s（优选为1-5s），最小精度为0.01 s。
本实用新型设计的上述细胞电穿孔装置，其操作流程（药物高效递送过程）具体为：
（1）收获适量的细胞，分散并重悬在100-1000 μL电穿孔缓冲液中，形成细胞悬液；
（2）将所述细胞悬液与用于电穿孔所要递送的药物完全混合，并加入培养皿中；
（3）在培养皿中插入刺激电极对，将电极对底部与培养皿底部紧密接触；
（4）盖上培养皿盖子，将刺激电极对与脉冲发生器相连，形成通路，通过触发脉冲完成电穿孔；
（5）将培养皿放置于倒置显微镜上，实时观察药物递送过程；
（6）通过分别控制两路开关电路开通时序，分别产生高压窄脉冲串和低压长脉冲串，施加到刺激电极上，高压脉冲串用于细胞电穿孔，低压脉冲串负责药物分子递送。
参见图3，高压脉冲输出脉冲数为n1，在5-50之间，微秒脉冲脉宽为p1，在10-100 μs ，低压长脉冲串的毫秒脉冲宽为p2，在100-900 ms，微秒脉冲触发时间为t0，微秒脉冲结束时间为t1，毫秒脉冲触发时间为t2，毫秒脉冲结束时间为t3；t1-t2为死区时间，在10ms-1000ms。
这过程中，可打开培养皿盖，取出电极对，向细胞培养皿内添加500-1000 μL培养基，继续培养细胞一段时间，观察递送效果。
本实用新型解决了现有电穿孔对细胞损伤较大、递送效率较低的问题，与现有技术相比所具有如下优点：
（1）制作工艺简单，价格低廉，适用于市面上大多数35mm 细胞培养皿；
（2）操作方便，培养、刺激、观察为一体；本实用新型的装置和方法集药物递送及细胞培养为一体；
（3）本实用新型采用的电压波形设计，使得电穿孔过程对细胞损伤更小，递送药物更多地进入细胞内，减少了长时高压脉冲对细胞的杀伤效果；
（4）递送效率高，增强了药物电泳时间，能够大大增强药物进入细胞的量。
附图说明
图1为本实用新型的细胞电穿孔装置中培养皿与刺激电极对配置图示。
图2为本实用新型的细胞电穿孔装置结构图示。
图3为本实用新型脉冲发生器输出脉冲波形的示意图。
图4为本实用新型的细胞电穿孔装置与高效药物递送方法应用实例。经过调制地高压和低压脉冲混合，细胞内药物递送的碘化丙啶荧光强度最大。如图4箭头所示曲线。
图中标号：1为脉冲发生器， 2为刺激电极对，3为电穿孔缓冲液，4为递送药物，5为细胞，6为35 mm细胞培养皿底，7为35 mm细胞培养皿盖，p1为微秒脉冲脉宽，n1为脉冲数，p2为毫秒脉冲脉宽，t0为微秒脉冲触发时间，t1为微秒脉冲结束时间，t2为毫秒脉冲触发时间，t3为毫秒脉冲结束时间，其中t1-t2为死区时间。
具体实施方式
下面通过具体的实施方案叙述本实用新型。除非特别说明，本实用新型中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本实用新型的范围，本实用新型的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言，在不背离本实用新型实质和范围的前提下，对这些实施方案中的各种改变或改动也属于本实用新型的保护范围。下面结合附图1-3对本实用新型的一种细胞电穿孔装置及高效药物递送方法作以下详细说明。
实施例1
参见图1-图3所示，本实施例的一种细胞电穿孔装置及高效药物递送方法，包括35mm细胞培养皿底6及35mm细胞培养皿盖7，刺激电极对2通过平行布置与35mm细胞培养皿底6紧密连接，浸于电穿孔缓冲液3中，其中，刺激电极对2与脉冲发生器1通过导线连接。
所述35mm细胞培养皿采用标准培养皿。
所述脉冲发生器1，通过分别控制两路开关电路开通时序，分别产生高压窄脉冲串和低压长脉冲串，施加到刺激电极上，输出波形如图2所示。
实施例2
选择人乳腺癌细胞MDA-MB-231进行培养，将细胞及含有碘化丙啶染料的培养基加入实施例1所示的细胞电穿孔装置（培养皿）中，将装置放置于活细胞成像平台，与脉冲发生器1连接后，对于培养皿内细胞产生电刺激；电刺激5秒后停止刺激，并在刺激后进行持续荧光观察，通过荧光强度分析可以观察到不同电刺激对碘化丙啶递送进入细胞的过程，结果如图4所示，箭头所指为使用高效药物递送方法后细胞内碘化丙啶荧光强度的变化过程；
其中，所述脉冲发生器1产生的微秒脉冲串的频率为10 Hz，持续时间为1s，最小精度为0.01 s，峰值电压范围为100-1000 V可调，脉宽为10-100 μs可调，毫秒低压脉冲的峰值电压范围为100-500 V，脉宽为10-90ms。
经上述实施例的实验效果证明，本实用新型的一种细胞电穿孔装置及高效药物递送方法可以通过对脉冲波形的设置对细胞原位施加电场，能够提高药物递送效率，降低细胞损伤，具有较高的科研价值，保持了培养环境的密闭性及稳定性。以上多种优势可以极大的帮助电穿孔技术的推广。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种细胞电穿孔装置，其特征在于，包括一刺激电极对、脉冲发生器、用于放置细胞培养基和输送药物的培养皿；其中，所述刺激电极对分为负极和正极，正极和负极通过导线与脉冲发生器正负极相连，构成电源输出回路；刺激电极对的负极和正极之间距离可调；培养皿包括培养皿底部和盖子，培养皿盖子为透明玻璃材质，其中间部分开有供负极和正极穿过的洞孔；所述脉冲发生器，采用一套共同直流充电电源，通过分别控制两路开关电路输出微秒高压窄脉冲串和毫秒低压长波形脉冲；所述刺激电极对正极和负极分别穿过培养皿盖子上的洞孔，垂直平行置于培养皿中，并与培养皿底面紧密接触。
2.根据权利要求1所述的细胞电穿孔装置，其特征在于，所述细胞培养皿的直径为30-40 mm，深度为15-25 mm。
3.根据权利要求1所述的细胞电穿孔装置，其特征在于，所述刺激电极对的每片电极的长15-25 mm，宽2-5 mm，高15-25 mm；刺激电极对的负极和正极之间的距离为10-20 mm。
4.根据权利要求1所述的细胞电穿孔装置，其特征在于，所述微秒脉冲串的频率为1-100 Hz，最小精度为1 Hz，持续时间为1-60 s，最小精度为1 s，峰值电压范围为0-3000 V，最小精度为1 V，脉宽为0-100 μs，最小精度为1 μs；毫秒低压脉冲的峰值电压范围为0-500V，最小精度为0.1 V，脉宽为0-900 ms，最小精度为1 ms。
5.根据权利要求4所述的细胞电穿孔装置，其特征在于，微秒高压脉冲串和毫秒低压脉冲之间的死区时间为0-5 s，最小精度为0.01 s。
Priority Applications (1)
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| CN202223261487.8U CN219621187U (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种细胞电穿孔装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202223261487.8U CN219621187U (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种细胞电穿孔装置 |
Publications (1)
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| CN219621187U true CN219621187U (zh) | 2023-09-01 |
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Family Applications (1)
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| CN202223261487.8U Active CN219621187U (zh) | 2022-12-06 | 2022-12-06 | 一种细胞电穿孔装置 |
Country Status (1)
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2022
- 2022-12-06 CN CN202223261487.8U patent/CN219621187U/zh active Active
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