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上海莫研機(jī)電設(shè)備有限公司
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蘭格實驗室注射泵助理微流控細(xì)胞膜電穿孔技術(shù)實現(xiàn)分子遞送

時間:2023/2/28閱讀:472
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向細(xì)胞內(nèi)遞送DNA探針和質(zhì)粒等功能分子來探索細(xì)胞內(nèi)的分子機(jī)制與操控細(xì)胞命運(yùn),一直是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域目標(biāo)工作。從小分子到如今火熱的核酸mRNA疫苗遞送都離不開藥物遞送技術(shù)。然而,由于大多數(shù)外源功能分子都帶有負(fù)電荷,無法直接通過同樣帶有負(fù)電荷的細(xì)胞膜,阻礙了細(xì)胞內(nèi)分子機(jī)制的探索與細(xì)胞功能的改造。


基于微流控芯片的細(xì)胞電穿孔技術(shù)

目前,生物醫(yī)學(xué)已開發(fā)了多種方法輔助功能分子進(jìn)入到細(xì)胞內(nèi)。其中,電穿孔技術(shù)作為一種通用的細(xì)胞內(nèi)遞送工具,指在外部增加短時強(qiáng)電脈沖時,細(xì)胞膜會形成瞬時微孔,大多數(shù)外源功能分子可以進(jìn)出細(xì)胞。  

近年來,隨著微流控技術(shù)的發(fā)展,基于微流控芯片的細(xì)胞電穿孔技術(shù)提高了傳統(tǒng)電穿孔的效率。微流控芯片中微電極的間距短,產(chǎn)生同樣的電場強(qiáng)度只需幾伏至十幾伏的電壓,避免了傳統(tǒng)電穿孔中超高壓帶來的各種問題。同時,消耗樣品及試劑更少,降低實驗成本。 

此外,在連續(xù)流動環(huán)境中細(xì)胞膜通透性的阻抗檢測達(dá)到了更高的靈敏度。電穿孔技術(shù)在微流控相助下遞送效率、劑量均勻性和細(xì)胞安全性方面均獲得了顯著提高。

應(yīng)用案例


美國麻省理工學(xué)院機(jī)械工程院采用HeLa細(xì)胞進(jìn)行電穿孔實驗,由于電穿孔產(chǎn)生的細(xì)胞膜孔洞非常微小且不穩(wěn)定,因此采用綠色熒光蛋白進(jìn)行電穿孔的表征,利用細(xì)胞內(nèi)的熒光強(qiáng)度程度反映電穿孔效果。

為了更好記錄電穿孔的完整動態(tài)過程以及提高實驗效率,設(shè)計了基于微流控細(xì)胞遞送平臺。在交流電壓下有效導(dǎo)入熒光蛋白的活細(xì)胞超過總數(shù)50%,保持高達(dá)90%的細(xì)胞活力,成功實現(xiàn)了細(xì)胞電穿孔。


該系統(tǒng)主要包括纖維狀摩擦電納米發(fā)電機(jī)(FS-TENG)、基于納米通道的器件、微流控芯片和微量注射泵。

微量注射泵再微流控中作為動力源,通過機(jī)械裝置推動注射器,可實現(xiàn)高精度、平穩(wěn)的液體傳輸。該實驗過程中采用了蘭格的LSP02-18注射泵以200uL/min輸送低電導(dǎo)率細(xì)胞懸液,有效保護(hù)細(xì)胞的同時進(jìn)一步輔助細(xì)胞電穿孔,實現(xiàn)了細(xì)胞電穿孔動態(tài)過程的實時跟蹤。

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