細胞融合是20 世紀初發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、發育生物學、免疫學、醫藥、食品以及農業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等現代生物醫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、對細胞無毒害等優點,細胞電融合方法的應用最為廣泛。但是,傳統電融合方法中,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(Micro electro mechanical systems, MEMS)和微加工技術的發展,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,與細胞尺寸相當的微結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,膜就會因不穩定而形成穿孔,此時的電壓為臨界電壓。如果穿孔區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。