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细胞电穿孔是现代生物研究过程中常用的一种转染方法,利用电场刺激后产生的微孔,使正常情况下不能进入细胞的大分子物质,可以通过这些微孔进入细胞内部。细胞电穿孔是一种纯物理操作,没有化学或生物污染,与传统的病毒和脂质体转染技术相比,适用范围广且相对高效,具有广泛的研究价值和应用前景。 传统的细胞电穿孔器件需要施加数百上千伏的电压才能实现电穿孔,由此也带来了性能、安全性、成本等方面的一系列问题。微加工技术的出现为细胞电穿孔带来新的机遇,通过减小电极间距降低了穿孔电压,但是受到微加工的技术限制,无论是静态还是流式电穿孔器件,处理通量都受到了限制。为了改善当前已有器件,本文提出了一种新型的电极阵列作为电穿孔器件的电极,并以此为基础制作了流式器件,可以实现高通量的细胞电穿孔处理。 本文的研究中,首先提出了采用高密度电极阵列替代平行板电极,实现了在三维空间内的电场分布。根据电极阵列结构,采用了分时复用的三相电学连接方式,与相同的电极阵列相比,可以得到较为均匀的电场分布的同时,又能有效减小由于电解水引起的阴极效应带来的影响。基于这一电极阵列,制作了电穿孔器件,进行了静态细胞电穿孔实验,实现了数十种细胞类型的电穿孔操作,并且得到了较高的转染效率和细胞活性,证明了采用该电极阵列作为电穿孔器件电极能够高效地实现细胞电穿孔。 以上述研究成果为基础,开发设计了流式电穿孔器件。基于高密度电极阵列,使用玻璃管作为直径为6.3衄的流体通道,实现了超高通量细胞处理,处理通量可以高达4.50 mL/min。本研究使用HEK-293A细胞对流式器件进行验证,实现了绿色荧光蛋白质粒的电转染,同时采用实验分析了电穿孔效率与细胞悬液流速、电压大小的关系。以此实验结果为基础,对流式器件作进一步探讨,分别从电穿孔原理、细胞在流道内的运动形态、pH值变化等方面进行探讨分析,提出改进方法并采用实验验证,获得了良好的电穿孔效率,转染率高达80%。