细胞注射玻璃微针拉针器的研制

　　1　引　言

　　近年来,随着生物工程技术的发展,细胞操作及微量液体检测的应用越来越广泛。细胞操作主要包括细胞核移植、细胞内药物注射、细胞核内DNA注射、胚胎注射及细胞单个分离。主要操作工具是玻璃微针,对普通细胞注射要求针尖内孔直径在0.5~4μm,细胞质内单精子注射中针尖内孔直径在4~5μm,精原干细胞移植研究中卵细胞注射时针尖内孔直径在40μm,细胞核移植及细胞单个分离要求将玻璃微针针尖磨制或锻烧成指定的形状用于吸持或勾取细胞[1]。微量检测要求的微管道内径在50μm以下,而且两端应能有宏观尺度上的连接并有足够的强度。由于操作的成功率仅在10%左右,玻璃微针只能一次性使用,因此我国每年消耗的玻璃微针数量巨大。玻璃微针的生产在微操作附属设备上进行。

　　目前我国的微操作设备全部依赖进口,外商一般以微注射器与微拉针器、磨针器、锻针器等附属设备进行捆绑式销售。世界上较著名的制造商有美国的Sutter公司和日本的Nikon公司。微拉针器的售价约在3 000美元左右,配售专用拉针所需的毛细玻璃管单只售价近1元人民币。由于所售微拉针器在拉制微针时是根据该配售毛细玻璃管材料及规格制定的,拉伸工艺参数制作成数个模式固化到机器的控制芯片中。当我国用户试图利用该拉针器以国产毛细玻璃管为原材料拉制微针时基本上达不到微注射的基本要求,只能购买进口毛细玻璃管,所耗费用极高,因此微拉针器的国产化是一个非常紧迫性的课题[2]。

　　在微量化学分析仪器、微流量传感器和微供给等系统中,由于分析液体的微量,要求承载液体管道内径在10~50μm之间,这在金属材料上用去除金属的方法是无法得到的。目前50μm以内的微管道几乎全部是在硅上光刻而成[3],硅微加工技术制作的微管道一般呈矩形,流动阻力比圆截面微管尺寸大,从性能、成本和产量上都不可能得到广泛应用。

　　内径在100μm的圆截面玻璃微管道具有流动阻力小及管壁光滑的优点,目前还未发现国内外成功制造出内径在60μm以下的圆截面玻璃微管道,主要技术障碍是如何在得到微小内径和较好强度的同时保证微管道与外部连接方便可靠。

　　2　微玻璃针拉制参数化试验

　　由玻璃成型理论可知,玻璃液的粘度值决定了玻璃成型的温度范围,固化速度值决定了玻璃成型中各个操作工序的延续时间,拉制工艺的控制失调,将导致针管弯曲,在针管处出现气线、条纹、结石、析晶等现象[4]。拉制的加热温度、加热时间、拉伸速度、加热和拉伸之间的顺序和时间间隔都是关键的工艺参数。设计了可改变各项参数的微针拉制试验机,目的是通过试验总结出各项拉制工艺参数并优化出模式,同时在设计时使其具备微管道的拉制功能,具体拉制原理见图1。