兰格深度参与全国大学生嵌入式芯片与系统设计竞赛,共探蠕动泵技术创新
---2024-07-30
向细胞内递送DNA探针和质粒等功能分子来探索细胞内的分子机制与操控细胞命运,一直是生物医学领域目标工作。从小分子到如今火热的核酸mRNA疫苗递送都离不开药物递送技术。
然而,由于大多数外源功能分子都带有负电荷,无法直接通过同样带有负电荷的细胞膜,阻碍了细胞内分子机制的探索与细胞功能的改造。
基于微流控芯片的细胞电穿孔技术
目前,生物医学已开发了多种方法辅助功能分子进入到细胞内。其中,电穿孔技术作为一种通用的细胞内递送工具,指在外部增加短时强电脉冲时,细胞膜会形成瞬时微孔,大多数外源功能分子可以进出细胞。
近年来,随着微流控技术的发展,基于微流控芯片的细胞电穿孔技术提高了传统电穿孔的效率。微流控芯片中微电极的间距短,产生同样的电场强度只需几伏至十几伏的电压,避免了传统电穿孔中超高压带来的各种问题。同时,消耗样品及试剂更少,降低实验成本。
此外,在连续流动环境中细胞膜通透性的阻抗检测达到了更高的灵敏度。电穿孔技术在微流控相助下递送效率、剂量均匀性和细胞安全性方面均获得了显著提高。
应用案例
美国麻省理工学院机械工程院采用HeLa细胞进行电穿孔实验,由于电穿孔产生的细胞膜孔洞非常微小且不稳定,因此采用绿色荧光蛋白进行电穿孔的表征,利用细胞内的荧光强度程度反映电穿孔效果。
为了更好记录电穿孔的完整动态过程以及提高实验效率,设计了基于微流控细胞递送平台。在交流电压下有效导入荧光蛋白的活细胞超过总数50%,保持高达90%的细胞活力,成功实现了细胞电穿孔。