一种实现DNA转染的双柱错容式电极芯片.pdf

本发明公开了一种实现DNA转染的双柱错容式电极芯片。该芯片包括从上到下重叠在一起的电极施用层和绝缘底层，其中电极施用层有单个或多个错容电极组、与该错容电极组连接的导引导线以及位于该错容电极组之间及其四周的流经通道；其中的错容电极组由两个互不接触的其电极条相互交错插入的电极片构成，均为相互交错插入的电极条之间和电极条与电极组边缘之间是该错容电极组与所述流经通道相通的工作区通道；在围出工作区通道的电极条上排列有柱状的电极阵列。本发明不会对细胞产生高水平毒性；能降低细胞致死率；能减少DNA和细胞的使用量；能适应于大部分DNA转染；能极大地提高DNA的转染率。

1.  一种实现DNA转染的双柱错容式电极芯片，其特征在于：该芯片包括从上到下重叠在一起的电极施用层(5)和绝缘底层(4)；所述电极施用层(5)有单个或多个错容电极组(1)、与错容电极组(1)连接的导引导线(2)以及位于错容电极组(1)之间及其四周的流经通道(3)；所述错容电极组(1)由两个其电极条(7)相互交错插入且互不相接触的电极片(6)构成，相互交错插入的电极条(7)之间和电极条(7)与错容电极组(1)边缘之间是与所述流经通道(3)相通的工作区通道(9)；在围出工作区通道(9)的电极条(7)上排列有柱状的电极阵列(8)。

2.  按照权利要求1所述的一种实现DNA转染的双柱错容式电极芯片，其特征在于，所述的柱状电极阵列(8)布置在电极条(7)的两侧。

3.  按照权利要求1或2所述的一种实现DNA转染的双柱错容式电极芯片，其特征在于，所述的电极施用层(5)之上覆盖有一层绝缘覆盖层。

4.  按照权利要求3所述的一种实现DNA转染的双柱错容式电极芯片，其特征在于，所述的绝缘覆盖层是透明的。

一种实现DNA转染的双柱错容式电极芯片
技术领域
本发明涉及转基因技术领域，具体是一种能实现DNA转染的双柱错容式电极芯片。
背景技术
在转基因技术领域中，DNA转染(DNA Transfection)技术已广泛应用于基因组功能研究(基因表达调控，基因功能，信号转导和药物筛选研究)和基因治疗研究。现代医学和生物学中已广泛用到此技术，如胃癌的基因治疗，分子生物学基本技术在肿瘤研究中的应用，脂质体在药学中的应用等。
尽管DNA转染技术已经取得了长足进展，得到了世人的瞩目，但仍然存在着诸多问题，从而大大制约了DNA转染技术的广泛应用和进一步发展。目前最常用的转染方法是用阳离子脂质体和阳离子聚合物作为转染剂进行转染，它们在克服细胞屏障方面跟病毒有很相象的特征，容易透过细胞膜。其中，阳离子脂质体在体外基因转染中有很高的效率，然而在体内，它迅速被血清清除，在肺组织内累积，诱发强烈的抗炎反应，这将导致高水平的毒性，因此，在很大程度上限制了其应用。除上述传统方法外，近年来国际上推出了一些阳离子聚合物基因转染技术，尽管其适用宿主范围广，操作简便，但对细胞仍有毒性。
发明内容
本发明的目的是提供一种不会对细胞产生高水平毒性、能降低细胞致死率、能减少DNA和细胞的使用量的双柱错容式电极芯片。本发明能适应于大部分DNA转染；能极大地提高DNA的转染率。
为实现以上目的，本发明提供这样一种能够实现DNA转染的双柱错容式电极芯片。该芯片包括从上到下重叠在一起的电极施用层和绝缘底层；其中电极施用层有单个或多个错容电极组、与错容电极组连接的导引导线以及位于错容电极组之间及其四周的流经通道；所述错容电极组由两个其电极条相互交错插入且互不相接触的电极片构成，相互交错插入的电极条之间和电极条与错容电极组边缘之间是与所述流经通道相通的工作区通道；在围出工作区通道的电极条上排列有柱状的电极阵列。
进一步的优化是，方案中的柱状电极阵列位于电极条的两侧。
更进一步的优化是，方案中双柱错容式电极芯片的电极施用层之上可以覆盖一层绝缘覆盖层；该绝缘覆盖层可以是透明的。
下面具体说明本发明的使用方法。
(1)将DNA和细胞的悬浮液注入双柱错容式电极芯片的电极施用层内。不施加外加电场，让DNA和细胞不规则地排列在双柱错容式电极芯片电极施用层的错容电极组内。DNA和细胞的悬浮液注入双柱错容式电极芯片的方式有两种：一种利用流经通道将细胞悬浮液引入双柱错容式电极芯片内；另一种是直接将悬浮液滴定到双柱错容式电极芯片电极施用层的错容电极组内。
(2)在使用引入方式将DNA和细胞的悬浮液注入双柱错容式电极芯片的时候，当目标区域中注满了细胞悬浮液，停止注入，并注意要将双柱错容式电极芯片内的气泡排出。当用后一种方式注入时，在滴定完成后，把透明的绝缘覆盖层(通常为玻璃)盖在电极层表面，并注意在双柱错容式电极芯片内不要有气泡产生。
(3)在双柱错容式电极芯片内施加驱动电压(低于100V)，在双柱错容式电极芯片内形成多个非均匀电场，DNA和细胞在非均匀电场中被极化，形成偶极子，DNA和细胞向高场强区移动。极化的DNA和细胞在相互接近时，由于偶极子相互作用，相互吸引，DNA和细胞排列成DNA细胞对。进一步使得DNA和细胞成对吸附在电极阵列上。
(4)当DNA和细胞在双柱错容式电极芯片内稳定地排列成DNA细胞对后，在双柱错容式电极芯片内再施加另一个驱动电压为使细胞膜上产生可逆性小孔，使粘附在一起的DNA成功导入细胞。
(5)实现了DNA的定向转染，并形成目标转染细胞。
从技术方案与其使用方法中，本领域的技术人员也可以看出，由于没有磷酸钙之类的转染试剂，故本发明不会对细胞产生化学毒害作用，进而降低了细胞致死率、减少了DNA和细胞的使用量；与现有的DNA转染技术，需要借助结构难于改进、合成工艺复杂的阳离子聚合物进行转染相比，本发明可在简单的方式下运用。由于其结构不复杂，所以制造成本也较低廉。由于是电极片内、尤其是有电极阵列的作用，极大地提高了对细胞的处理速度。又由于芯片的开放式设计，可以在显微镜下直接观测到对DNA和细胞的操作以及DNA转染的细微过程。同时，本芯片可以根据需要，将其做出不同的电极间距，以适应不同的细胞。显然，芯片内的错容电极组数量可以根据要求和/或条件，进行选择。
故本发明能适应于大部分DNA转染；能极大地提高DNA的转染率。
附图说明
图1：有多个错容电极组的本发明的平面示意图。
图2：一个交叉梳状电极组的局部轴侧示意图，为清楚显示结构，图中仅画出电极施用层和绝缘底层。
图3：图1中的电极施用层放大的平面图，为清楚显示结构，图中仅绘出单个错容电极组。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
一种实现DNA转染的双柱错容式电极芯片(参考图1、图2、图3)。该芯片包括从上到下重叠在一起的电极施用层5和绝缘底层4；所述电极施用层5有单个或多个错容电极组1、与错容电极组1连接的导引导线2以及位于错容电极组1之间及其四周的流经通道3；所述错容电极组1由两个互不接触的其电极条7间相互交错插入的电极片6构成，均为相互交错插入的电极条7之间和电极条7与错容电极组1边缘之间是该错容电极组1与所述流经通道3相通的工作区通道9；在围出工作区通道9的电极条7上排列有柱状的电极阵列8。本具体实施方式中的这些结构均由精微加工技术或微机电(Micro Electro MechanicalSystem)加工技术加工而成(显然，错容电极组1的电极条间距、柱状的电极阵列8与电极组边缘之间的间距、工作区通道9的深度及宽度等应根据实验要求和/或其他条件确定；所述其他条件，是指细胞的数量大小，驱动电压的强弱等。
显然，其中的绝缘底层4起绝缘作用，用以保证电极施用层5中相应电极之间可以形成电场。绝缘底层4可由聚合物、非金属、金属氧化物、非金属氧化物等具有绝缘特性的材料构成。电极施用层5可由金属、半导体、导电塑料等可以导电的材料构成。在绝缘底层4下可以再加一层基片层以加固绝缘垫层4的强度、而作为芯片的基底。该基片层可以为硅、聚合物、非金属、金属氧化物、非金属氧化物、金属、半导体、导电塑料、玻璃等可对绝缘垫层起到辅助作用的材料构成，而且该基片层的材料将影响到绝缘底层的制造工艺、材料等因素。同样显然的是，成对的两个电极片6之间在电气条件上要保持彼此的阻断状态，所述的“错容电极组1连接的导引导线2”是分别与不同的电极片6连接的。导引导线2的作用是将电信号引入错容电极组1、并可将错容电极组1所产生的信号导出到外部电路。在对错容电极组1施加电压的情形下，两个电极条6间互不接触的空间区域内将形成电场，这部分区域为反应区——即：工作区通道9。故，每一错容电极组1才是本芯片的实验工作区域。
进一步讲，为达到更好的实验效果和便于加工，方案中的柱状电极阵列8布置于电极条6的两侧(参考图3)。
更进一步讲，为适应不同实验要求和/或其他条件的变化要求。方案中芯片的电极施用层5之上可以覆盖一层绝缘覆盖层；而且，该绝缘覆盖层还可以是透明的——也就是在有绝缘覆盖层的情况下，仍可以在显微镜下直接观测到对DNA和细胞的操作以及DNA转染的细微过程。
显然，工作区通道9的最窄处——即柱状电极阵列8中每一个电极的顶端到其所对电极条7的距离，应当根据细胞的大小和实验的具体要求进行设计制造，一般在900微米和1微米之间，较好的是100微米和10微米之间。