基于直列式交错微电极阵列的细胞电融合.pdf

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1、2012年第31卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)23基于直列式交错微电极阵列的细胞电融合郑小林，鄢佳文，胡宁，杨军，杨静(1．重庆大学生物工程学院。重庆400030；2．重庆通信学院军事信息工程系，重庆400035)摘要：提出了一种基于交错式齿状微电极阵列的微流控细胞电融合芯片。利用COMSOLMuhiphysics仿真软件，对电场强度有重要影响的微电极几何参数进行了仿真分析，并由此提出了优化的微电极阵列结构。选择Sol硅片的顶层低阻硅加工获得了微电极阵列。实验结果表明：该芯片中采用的直列式微

2、通道结构避免了原有芯片存在的转角易堵塞问题。芯片能够在低电压条件下实现细胞排队和融合过程，具有较高的融合效率。关键词：细胞电融合；微电极；微流控；生物芯片中图分类号：Q813．2文献标识码：A文章编号：1000--9787(2012)02--0023--03CeUelectrofusionbasedonstraight．1ineinterdigitalmicroelectrodearrayZHENGXiao．1in，YANJia．wen，HUNing，YANGJun，YANGJing(1．SchoolofBioengineering，ChongqingUni

3、versity，Chongqing400030，China；2．DepartmentofMilitaryInformationEnneering，ChongqingCommunicationCollege，Chongqing400035，China)Abstract：Aninterdigitalmicroelectrodearraybasedcellelectrofusionchipispresented．COMSOLMultiphysicssoftwareiSusedtostudytheefectofthegeometryofmicroelectrodes

4、Oiltheelectricfield．Basedontheseresults，anoptimizedmicroelectrodestmctureisgiven．Astraight—linemicrochannelwithhighintensitymicroelectrodesisfabricatedonthe1ow-resistancelayerofaSo1wafer．Experimentalresultsshowthatthestraight—linestructurecanavoidthecelltrappingatthecomerofmicrocha

5、nnelnetwork．Cellalignmentandelectrofusioniscarriedoutonthischip．andithashighfu【sioneficiency．Keywords：cellelectrofusion；microelectrode；microfluidic；biochip0引言与成本。而且，电融合槽中常选用平板电极。。，电极问会细胞电融合利用强电场诱导2个或者多个细胞通过无形成大范围的均匀电场。这一方面不利于细胞的精确控性方式融合n]。融合子包含来自不同亲代细胞的遗传物制，导致细胞通常以长链状排队；另一方面，长链上各细胞

6、质，从而表现出新的遗传特性。该方法有助于培养新的物间结合点的电场强度相同，电融合的几率也相当，从而产生种、品系或细胞工程产品。相对于生物诱导和化学诱导等大量难以后期应用的多细胞融合子。传统技术，细胞电融合效率较高、操作简便、对细胞无毒害、微流控技术可以通过减小电极间间距，在低电压条件便于观察、适于仪器应用和规范操作J，因此，这种融合下实现强电场。这为细胞电融合技术向微型化、低电压及也被广泛应用J。低功耗方向发展奠定了基础。本文在前期研究基础传统细胞电融合中的电融合槽尽管加工简便，体积较上，利用COMSOLMuhiphysics软件对芯片结构进行了仿真大，一次

7、可操作毫升级样本，但电极间距较大(2—10mm)，研究，特别分析了微电极阵列结构参数对电场强度与分布需要几百甚至上千伏电压才足以产生103V／cm量级的电的影响。在此基础上获得一种优化的电极结构，并利用SoI场强度使细胞穿孔并融合，这增加了信号源的制造难度硅片加工制作。实验研究表明：在不超过20V的电压驱动收稿日期：2011-05—19$基金项目：国家自然科学基金资助项目(30870661，81071278)；重庆市科技计划资助项目(CSTC2009ABS081，CSTC2009BBS180，CSTC2010ACS~9)；教育部“新世纪优秀人才支持计划”资助

8、项目(NCET-09-0842)；重庆大学研究生创新