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基于MEMS细胞电融合芯片及其外围驱动电路的设计

熊建功  
【摘要】: 细胞融合技术是六十年代发展起来的技术,它是指细胞通过介导和培养,在离体条件下用人工方法将不同种的细胞通过无性方式融合(合并)成一个核或多核的杂合细胞的过程。不同种生物的单个细胞融合成一个细胞后,这个新细胞得到了来自两个细胞的染色体的组合细胞质,具有新的遗传或生物特性,可以培养成为新的物种、品系或成为新的细胞工程产品。传统的细胞融合方法有生物诱导法和化学法,由于细胞融合在生物、医学、药学上的巨大潜在应用,来自物理、电子、生物、医学等领域的各国科学家相继在该领域倾注了大量人力物力进行专项研究,八十年代发展起来的一门新兴的细胞融合技术--细胞电融合(cell electrofusion)。 微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems ,简称MEMS)是通过微制造技术将机械单元、传感器、执行器件和电子元件整合到一片微基板上的系统装置。这种新兴的机电系统为传统机械科学的发展指明了一个重要的前进方向。随着科技的进步和生命科学的发展,MEMS技术也将越来越多的应用于生物医学领域。 在本课题中,我们紧密跟随细胞电融合领域内的发展方向,结合微机电系统技术,提出并设计加工出了基于MEMS微电极阵列的细胞电融合芯片,它具有以下特点: 1.芯片采用先进的微加工技术,在一块芯片上集成了几千个微电极。 2.芯片分成了九个不同的功能区域,以适应不同细胞对电极的要求。 3.芯片的封装采用了标准的四十脚芯片封装,方便了在实验过程中芯片的直接插拔。 同时,我们根据参数要求,设计出了微电极阵列细胞电融合芯片的外围驱动电路。利用MAX038芯片产生高频正弦交流信号和脉冲信号,通过单片机的控制,信号经过调制放大,产生一个由高频正弦信号、脉冲信号、高频正弦衰减信号组成的信号序列。这两个方面也是本文介绍的重点。 通过实验我们初步探索了细胞电融合的原理,首先是进行了细胞在直流电场能够电介质电泳,接着进行了细胞在交流电场作用下实现两两细胞之间的排队。随后,我们利用细胞电融合芯片进行了融合实验。


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