向細(xì)胞內(nèi)遞送DNA探針和質(zhì)粒等功能分子來(lái)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(kāi)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(wú)法直接通過(guò)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(kāi)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(shí)強(qiáng)電脈沖時(shí)，細(xì)胞膜會(huì)形成瞬時(shí)微孔，大多數(shù)外源功能分子可以進(jìn)出細(xì)胞。  

近年來(lái)，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(chǎng)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(lái)的各種問(wèn)題。同時(shí)，消耗樣品及試劑更少，降低實(shí)驗(yàn)成本。 

此外，在連續(xù)流動(dòng)環(huán)境中細(xì)胞膜通透性的阻抗檢測(cè)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(guó)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(shí)驗(yàn)，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(dòng)態(tài)過(guò)程以及提高實(shí)驗(yàn)效率,設(shè)計(jì)了基于微流控細(xì)胞遞送平臺(tái)。在交流電壓下有效導(dǎo)入熒光蛋白的活細(xì)胞超過(guò)總數(shù)50%，保持高達(dá)90%的細(xì)胞活力，成功實(shí)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(dòng)力源，通過(guò)機(jī)械裝置推動(dòng)注射器，可實(shí)現(xiàn)高精度、平穩(wěn)的液體傳輸。該實(shí)驗(yàn)過(guò)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(shí)進(jìn)一步輔助細(xì)胞電穿孔,實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞電穿孔動(dòng)態(tài)過(guò)程的實(shí)時(shí)跟蹤。