基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置及其应用

技术特征：
1.一种基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置，用于从活细胞内提取带电物质和/或向活细胞内递送带电物质，该纳米电穿孔装置包括一单细胞可寻址微孔阵列、一纳米通孔聚合物薄膜、一储存室、一顶电极和一底电极，其特征在于：所述单细胞可寻址微孔阵列，用于阵列化承载的单细胞，并提供每个单细胞在阵列上的位置信息；所述纳米通孔聚合物薄膜，紧密贴合于所述单细胞可寻址微孔阵列之下，用于聚焦电场进行细胞膜电穿孔；所述储存室，位于所述纳米通孔聚合物薄膜之下，连通于所述单细胞可寻址微孔阵列，用于存放从活细胞内提取出的带电物质，存放将要递送至活细胞内的带电物质，以及收集细胞分泌的外泌体、蛋白质；所述顶电极，位于所述单细胞可寻址微孔阵列之上，用于电穿孔时形成回路；所述底电极，位于所述储存室下方，用于电穿孔时形成回路；其中，所述顶电极和所述底电极为纳米电穿孔提供工作电压，同时产生电场力驱动顶电极与底电极之间的带电物质，完成带电物质从活细胞内向储存室移动，或者完成带电物质从储存室向活细胞内移动。2.根据权利要求1所述的基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置，其特征在于，所述带电物质至少包括核酸、蛋白质、神经递质、药物、染料在内的尺寸为纳米尺度的物质。3.根据权利要求1所述的基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置，其特征在于，所述单细胞可寻址微孔阵列由尺寸为直径10-50微米、深度5-20微米的微孔以间隔d为10-100微米的边缘距离组成的10
×
10个的小阵列，再由10
×
10个的小阵列以间隔为2
×
d的距离组成10
×
10至1000
×
1000个的大阵列，以小阵列为基准对每个小阵列进行序号标记，以识别每个微孔的位置。4.根据权利要求1所述的基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置，其特征在于，所述纳米通孔聚合物薄膜由重离子径迹蚀刻聚碳酸酯薄膜或者聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜制备得到，并与所述单细胞可寻址微孔阵列的底部紧密贴合。5.根据权利要求1所述的基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置，其特征在于，所述储存室位于所述纳米通孔聚合物薄膜下方，并通过所述纳米通孔聚合物薄膜与所述单细胞可寻址微孔阵列相连通。6.根据权利要求1所述的基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置，其特征在于，所述顶电极和所述底电极连接于方波脉冲电压，电压10-50v，脉冲个数10-300个，脉冲持续时间0.1-1秒，脉冲间隔0.1-100毫秒。7.一种应用权利要求1至6中任一项所述的基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置进行带电物质提取的方法，其特征在于，当该方法用于从活细胞内提取带电物质时，具体包括：大量活细胞被均匀加载于所述单细胞可寻址微孔阵列之上，待细胞与紧密贴合于所述单细胞可寻址微孔阵列之下的纳米通孔聚合物薄膜中的纳米孔紧密接触，通过所述顶电极和所述底电极施加脉冲电压，使细胞膜上瞬间形成微通道，同时产生电泳力，将细胞内的带电物质通过所述纳米通孔聚合物薄膜输送到所述储存室内。8.一种应用权利要求1至6中任一项所述的基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置进行带电物质递送的方法，其特征在于，当该方法用于向活细胞内递送带电物质时，具体包括：
大量活细胞被均匀加载于所述单细胞可寻址微孔阵列之上，待细胞与紧密贴合于所述单细胞可寻址微孔阵列之下的纳米通孔聚合物薄膜中的纳米孔紧密接触，通过所述顶电极和所述底电极施加脉冲电压，使细胞膜上瞬间形成微通道，同时产生电泳力，将所述储存室内作为待送物的带电物质通过所述纳米通孔聚合物薄膜递送到细胞内。9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，该方法采用细胞自行贴壁，或者借助磁力、电场力、光镊、离心力、重力、流体力在内的可操控细胞的方法，实现所述细胞与所述纳米孔的紧密接触。10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述被均匀加载于所述单细胞可寻址微孔阵列之上的活细胞，在经历所述带电物质提取或递送之后，能够在所述单细胞可寻址微孔阵列的微孔内保持72小时内的正常生理功能。

技术总结
本公开提供了一种基于单细胞阵列的纳米电穿孔装置及其应用，用于从活细胞内提取带电物质和/或向活细胞内递送带电物质，该纳米电穿孔装置包括一单细胞可寻址微孔阵列、一纳米通孔聚合物薄膜、一储存室、一顶电极和一底电极。与传统的电穿孔方法相比，本公开采用的纳米电穿孔施加的电压小于50伏，电压大幅度降低，能够在维持细胞良好活性的前提下，同时具有单细胞精度、高效、安全、高通量和均一性高的优势。优势。优势。


技术研发人员：常凌乾 董再再
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2020.10.13
技术公布日：2022/8/22