微电极阵列芯片的脂质体电融合研究

摘 要 利用旋蒸发法制作基于大豆卵磷脂的一种大型脂质体，在微电极阵列芯片上进行脂质体电融合实验研究。在电融合过程中，利用介电电泳力实现脂质体在微流控芯片中的排队，再利用高场强的电脉冲使脂质体膜发生可逆性电穿孔，在持续的介电电泳力作用下, 使穿孔的脂质体实现融合。芯片上脂质体的融合率可以达到20%左右。而且，玻璃基底材料和低深宽比的通道结构更有利于脂质体融合过程的观察与控制。

关键词 微流控； 脂质体； 介电电泳； 电融合； 微电极

1 引 言

脂质体是一种人工双层的脂质小囊，外部为脂双层薄膜，内部为包裹的液体成分。自从1965年被发现以来，脂质体在医药、生物化学研究和美容产品研制等领域被广泛使用\。脂质体可采用一种类似细胞膜的方式将内外物质分隔开来，通过在内部包裹特定物质实现载体功能，还可以通过表面修饰实现物质的定向传递。脂质体融合是采用人工方法将两个脂质体融合到一起，它是脂质体与细胞融合研究的基础。这些技术在超小仿生反应器、生物膜的相互作用研究、基因染、细胞器监测、药物定点传送、细胞膜融合机理研究及细胞膜蛋白的生物物理学研究等方面发挥着越来越大的作用\。与细胞融合类似，脂质体融合过程中，先需要使两个脂质体互相紧密接触，再使用不同的诱导方法使它们融合成一个更大的脂质体。

早期的脂质体融合采用钙离子促融法，它主要应用在纳米级脂质体中，脂质体的相互接触和融合过程均不可控，常常导致多个脂质体聚集融合\。此后，一些可控的融合方法被提出，如碳纤维电极控制的脂质体融合\，光镊和纳米吸管控制的脂质体融合\，光镊和激光操作的脂质体穿孔融合\。这些方法虽然实现了脂质体的可控融合，但是效率很低，而且光镊操作所用设备精密昂贵，不适用于稳定性较差的单层大型脂质体。

2004年，Tresset等研制了一种用于脂质体电融合的微流控芯片， 并实现了脂质体融合\。此后，他们又在芯片的可观察性以及包裹纳米结构和大分子的脂质体融合方面做了进一步研究\。这些研究表明，微电极芯片可以更准确地控制脂质体，实现精确排队和高效融合。而且，由于芯片上电极间距大大缩小，融合所需电压也从传统电融合使用的上千伏电压降低到一百伏以内，对电信号发生器的要求也相应降低，这更有助于该技术的广泛应用。但是，现有脂质体融合芯片采用高深宽比的电极设计，电极间的微通道很深，常常达到数百微米，不利于脂质体融合过程的观察。同时，由于脂质体质量很小，很容易在液体中悬浮呈多层分布，难以在这种电极间有效排队和融合。而且，现有芯片中微电极数目不多，一次可同时控制的脂质体也较少，效率较低。

本研究在已有的细胞电融合芯片研究\基础上，设计并制作了一种硅玻基底的微电极阵列芯片。通过高密度的电极阵列设计来同时控制大量脂质体的排队、融合，从而提高脂质体融合的产率。而且，低深宽比的通道设计和玻璃基底更利于脂质体的融合和观察。

2 实验部分

2.1 微芯片的设计及加工

2.1.1 微电极阵列 微电极阵列芯片加工在2.4 cm × 1.2 cm的玻璃基底上，由交叉的两个梳状微电极阵列组成。微电极排布于梳齿上，相邻梳齿上的微电极呈交错式结构排列；同时，梳状微电极阵列也是微通道的侧壁。