微電極陣列芯片的脂質體電融合研究

摘 要 利用旋轉蒸發法制作基于大豆卵磷脂的一種大型脂質體，在微電極陣列芯片上進行脂質體電融合實驗研究。在電融合過程中，利用介電電泳力實現脂質體在微流控芯片中的排隊，再利用高場強的電脈沖使脂質體膜發生可逆性電穿孔，在持續的介電電泳力作用下， 使穿孔的脂質體實現融合。芯片上脂質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構更有利于脂質體融合過程的觀察與控制。

關鍵詞 微流控； 脂質體； 介電電泳； 電融合； 微電極

1 引 言

脂質體是一種人工雙層的脂質小囊，外部為脂雙層薄膜，內部為包裹的液體成分。自從1965年被發現以來，脂質體在醫藥、生物化學研究和美容產品研制等領域被廣泛使用\\。脂質體可采用一種類似細胞膜的方式將內外物質分隔開來，通過在內部包裹特定物質實現載體功能，還可以通過表面修飾實現物質的定向傳遞。脂質體融合是采用人工方法將兩個脂質體融合到一起，它是脂質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、基因轉染、細胞器監測、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揮著越來越大的作用\\。與細胞融合類似，脂質體融合過程中，先需要使兩個脂質體互相緊密接觸，再使用不同的誘導方法使它們融合成一個更大的脂質體。

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

2004年，Tresset等研制了一種用于脂質體電融合的微流控芯片， 并實現了脂質體融合\\。此后，他們又在芯片的可觀察性以及包裹納米結構和大分子的脂質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體，實現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電融合使用的上千伏電壓降低到一百伏以內，對電信號發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，現有脂質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，常常達到數百微米，不利于脂質體融合過程的觀察。同時，由于脂質體質量很小，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，現有芯片中微電極數目不多，一次可同時控制的脂質體也較少，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體的排隊、融合，從而提高脂質體融合的產率。而且，低深寬比的通道設計和玻璃基底更利于脂質體的融合和觀察。

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構排列；同時，梳狀微電極陣列也是微通道的側壁。