微電極陣列芯片的脂質(zhì)體電融合研究

摘 要 利用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法制作基于大豆卵磷脂的一種大型脂質(zhì)體，在微電極陣列芯片上進行脂質(zhì)體電融合實驗研究。在電融合過程中，利用介電電泳力實現(xiàn)脂質(zhì)體在微流控芯片中的排隊，再利用高場強的電脈沖使脂質(zhì)體膜發(fā)生可逆性電穿孔，在持續(xù)的介電電泳力作用下， 使穿孔的脂質(zhì)體實現(xiàn)融合。芯片上脂質(zhì)體的融合率可以達到20%左右。而且，玻璃基底材料和低深寬比的通道結(jié)構更有利于脂質(zhì)體融合過程的觀察與控制。

關鍵詞 微流控； 脂質(zhì)體； 介電電泳； 電融合； 微電極

1 引 言

脂質(zhì)體是一種人工雙層的脂質(zhì)小囊，外部為脂雙層薄膜，內(nèi)部為包裹的液體成分。自從1965年被發(fā)現(xiàn)以來，脂質(zhì)體在醫(yī)藥、生物化學研究和美容產(chǎn)品研制等領域被廣泛使用\\。脂質(zhì)體可采用一種類似細胞膜的方式將內(nèi)外物質(zhì)分隔開來，通過在內(nèi)部包裹特定物質(zhì)實現(xiàn)載體功能，還可以通過表面修飾實現(xiàn)物質(zhì)的定向傳遞。脂質(zhì)體融合是采用人工方法將兩個脂質(zhì)體融合到一起，它是脂質(zhì)體與細胞融合研究的基礎。這些技術在超小仿生反應器、生物膜的相互作用研究、基因轉(zhuǎn)染、細胞器監(jiān)測、藥物定點傳送、細胞膜融合機理研究及細胞膜蛋白的生物物理學研究等方面發(fā)揮著越來越大的作用\\。與細胞融合類似，脂質(zhì)體融合過程中，先需要使兩個脂質(zhì)體互相緊密接觸，再使用不同的誘導方法使它們?nèi)诤铣梢粋€更大的脂質(zhì)體。

早期的脂質(zhì)體融合采用鈣離子促融法，它主要應用在納米級脂質(zhì)體中，脂質(zhì)體的相互接觸和融合過程均不可控，常常導致多個脂質(zhì)體聚集融合\\。此后，一些可控的融合方法被提出，如碳纖維電極控制的脂質(zhì)體融合\\，光鑷和納米吸管控制的脂質(zhì)體融合\\，光鑷和激光操作的脂質(zhì)體穿孔融合\\。這些方法雖然實現(xiàn)了脂質(zhì)體的可控融合，但是效率很低，而且光鑷操作所用設備精密昂貴，不適用于穩(wěn)定性較差的單層大型脂質(zhì)體。

2004年，Tresset等研制了一種用于脂質(zhì)體電融合的微流控芯片， 并實現(xiàn)了脂質(zhì)體融合\\。此后，他們又在芯片的可觀察性以及包裹納米結(jié)構和大分子的脂質(zhì)體融合方面做了進一步研究\\。這些研究表明，微電極芯片可以更準確地控制脂質(zhì)體，實現(xiàn)精確排隊和高效融合。而且，由于芯片上電極間距大大縮小，融合所需電壓也從傳統(tǒng)電融合使用的上千伏電壓降低到一百伏以內(nèi)，對電信號發(fā)生器的要求也相應降低，這更有助于該技術的廣泛應用。但是，現(xiàn)有脂質(zhì)體融合芯片采用高深寬比的電極設計，電極間的微通道很深，常常達到數(shù)百微米，不利于脂質(zhì)體融合過程的觀察。同時，由于脂質(zhì)體質(zhì)量很小，很容易在液體中懸浮呈多層分布，難以在這種電極間有效排隊和融合。而且，現(xiàn)有芯片中微電極數(shù)目不多，一次可同時控制的脂質(zhì)體也較少，效率較低。

本研究在已有的細胞電融合芯片研究\\基礎上，設計并制作了一種硅玻基底的微電極陣列芯片。通過高密度的電極陣列設計來同時控制大量脂質(zhì)體的排隊、融合，從而提高脂質(zhì)體融合的產(chǎn)率。而且，低深寬比的通道設計和玻璃基底更利于脂質(zhì)體的融合和觀察。

2 實驗部分

2.1 微芯片的設計及加工

2.1.1 微電極陣列 微電極陣列芯片加工在2.4 cm × 1.2 cm的玻璃基底上，由交叉的兩個梳狀微電極陣列組成。微電極排布于梳齒上，相鄰梳齒上的微電極呈交錯式結(jié)構排列；同時，梳狀微電極陣列也是微通道的側(cè)壁。