細胞融合是20 世紀初發(fā)展起來的一種細胞工程技術,可以在一定的誘導因素作用下使兩個或多個同源或者異源細胞(原生質體)相互接觸,進而發(fā)生膜融合、胞質融合和核融合,從而形成雜種細胞。細胞融合所形成的新細胞(雜合細胞)得到了來自兩個父本細胞的遺傳物質,因而具有新的遺傳學或生物學特性。細胞融合逐漸成為細胞工程的一項核心技術,它不僅為核質相互關系、基因調控、遺傳互補、腫瘤發(fā)生、基因定位、衰老控制等領域的研究提供了有力手段,而且在遺傳學、動植物遠緣雜交育種、發(fā)育生物學、免疫學、醫(yī)藥、食品以及農業(yè)等領域具有廣泛應用價值。它已成為雜交育種、藥物篩選、單克隆抗體制備、哺乳動物克隆以及抗癌疫苗研發(fā)等現(xiàn)代生物醫(yī)學研究中的一項關鍵技術。細胞融合的誘導可以利用生物、化學和物理等因素。相應地,細胞融合方法也可以分為病毒融合法、化學融合法、電融合法、激光融合法等。其中,由于其具有可控性強、操作簡便、對細胞無毒害等優(yōu)點,細胞電融合方法的應用最為廣泛。但是,傳統(tǒng)電融合方法中,過高的工作電壓對實驗者以及實驗細胞都具有不安全因素,對系統(tǒng)的整體電氣安全性提出了很高要求。融合裝置體積和細胞樣品消耗大,融合效率和通量較低,實驗觀察和分析不方便,這些都限制了電融合方法的進一步推廣。
       隨著微機電系統(tǒng)(Micro electro mechanical systems, MEMS)和微加工技術的發(fā)展,20 世紀末科學家提出了細胞電融合芯片技術,研制出集成有微通道和微電極等微結構的融合芯片。由于融合電極間距大大縮小,芯片對工作電壓要求也大為降低,從而提高了實驗過程的安全性。同時,與細胞尺寸相當?shù)奈⒔Y構可以更精確地操作細胞,使細胞配對的準確率和融合率都有很大提高。而且,在芯片上可以集成細胞進樣、篩選等模塊,可以滿足安全、高效、多功能、便攜等要求。

       細胞電融合的電學及生物學基礎
       細胞電融合包括3個連續(xù)的階段:待融合的細胞緊密接觸;細胞膜在電脈沖作用下穿孔;細胞間借助膜孔進行物質交換,進而融合成一個新的雜合細胞。在含離子的電解質溶液中,細胞可視為非帶電球形顆粒,外加電場可以引起細胞膜兩邊的電解質離子極化形成電偶極子。細胞在介電電泳力的作用下運動,相互靠在一起形成細胞串珠。在電場作用下,細胞膜兩邊的電解質離子極化形成膜電位差,其形成時間通常為幾微秒。膜電壓對膜產生一定的壓力,受壓后,膜變薄。當膜的厚度達到臨界厚度時,膜就會因不穩(wěn)定而形成穿孔,此時的電壓為臨界電壓。如果穿孔區(qū)域位于兩細胞緊接的地方,穿孔處的膜會互相連接形成通道。如果穿孔電壓足夠大,通道就可以大到能使兩個細胞的細胞質交流。當細胞膜穿孔可逆時,細胞膜將在穿孔消失的過程中重建,兩個細胞的細胞膜連在一起,最終合并形成一個新的雜種細胞。