PEG水凝膠的金微圖案化修飾及其表面細(xì)胞黏附行為的研究.pdf

1、近年來隨著組織工程等方面的再生醫(yī)學(xué)發(fā)展,有關(guān)材料表面改性和細(xì)胞粘附等方面的問題越來越引起人們的關(guān)注。而人體組織可被視為是細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的復(fù)合體,如果能夠利用仿細(xì)胞外基質(zhì)的新型生物材料構(gòu)筑一定的類生命環(huán)境,并在其表面或內(nèi)部培植細(xì)胞,這樣我們就可以在體外利用仿生手段來研究機體內(nèi)部重要的生命活動。要在體外構(gòu)造細(xì)胞與生物材料的復(fù)合體,就必須了解細(xì)胞與生物材料相互作用方面的諸多基本科學(xué)問題,而其中最關(guān)鍵的問題之一就是細(xì)胞在生物材料表面的粘附機制

2、。在研究細(xì)胞黏附機制方面,生物材料表面的圖案化處理使原本復(fù)雜的問題簡單化,并為更深入地研究細(xì)胞粘附、遷移等活動機制提供了契機。原有的圖案化技術(shù)大都針對硬基質(zhì)或者硅橡膠等少數(shù)疏水性聚合物,而在力學(xué)性質(zhì)接近人體大部分組織的水凝膠表面構(gòu)筑合適的微圖案則存在技術(shù)困難;另一方面,有關(guān)水凝膠的研究本身已經(jīng)成為生物材料界一個活躍的領(lǐng)域。因此,拓展具有細(xì)胞黏附反差的水凝膠表面微圖案化制備手段、建立相應(yīng)技術(shù)平臺就具有重要意義,也是一個富有挑戰(zhàn)性的研究課題

3、。
　　 本論文發(fā)展了一種可用于水凝膠材料表面圖案化修飾的光刻轉(zhuǎn)移技術(shù),以及由此技術(shù)制備出的具有良好生物學(xué)性質(zhì)的Au-PEG復(fù)合圖案化材料,此水凝膠材料能夠區(qū)域選擇性的抵抗抗細(xì)胞黏附,可用于考察細(xì)胞與生物材料相互作用的基礎(chǔ)研究,揭示細(xì)胞與生物材料相互作用的部分基本規(guī)律,為新型生物材料的表面設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　 本博士論文的主要貢獻(xiàn)可以分為以下幾個部分:
　　 1.拓展了聚合物表面制備穩(wěn)定微圖案的轉(zhuǎn)移制備策略。

4、本論文利用光刻技術(shù)和轉(zhuǎn)移技術(shù)在高分子水凝膠表面制備微米級Au圖案,成功地解決了軟基底材料表面的圖案化修飾問題,并徹底保證了材料的濕態(tài)穩(wěn)定性。在Au圖案化修飾的PEG水凝膠表面培植細(xì)胞,考察了材料的生物相容性和抗細(xì)胞黏附反差性。首先利用光刻技術(shù)在硬質(zhì)基底表面制備出Au微圖案,然后利用自組裝技術(shù)在Au表面接上帶巰基的轉(zhuǎn)移試劑,進(jìn)而在PEG水凝膠的聚合過程中將微圖案轉(zhuǎn)移到水凝膠表面,實現(xiàn)PEG水凝膠的Au微圖案化修飾。所獲得的圖案即使長期浸泡

5、在水中也具有穩(wěn)定性。
　　 2.設(shè)計了一個具有異種端基的大分子轉(zhuǎn)移試劑,并克服了兩個端基本身易于反應(yīng)的困難成功地予以了合成。本文設(shè)計和合成一種大分子量的具有異種官能端基的轉(zhuǎn)移試劑ACRL-PEG5K-SH。以ACRL-PEG5K-NHS為基礎(chǔ)合成了大分子量的轉(zhuǎn)移試劑ACRL-PEG5K-SH,并進(jìn)行了GPC,IR,1HNMR等表征。在合成反應(yīng)中,采用雙硫模型以擬制不希望發(fā)生的Michael-加成反應(yīng)和一系列副反應(yīng),從而得到一端巰

6、基一端丙烯酰基的功能化大分子轉(zhuǎn)移試劑。進(jìn)而,將其成功用于水凝膠材料的表面圖案化修飾,細(xì)胞實驗證明了用該轉(zhuǎn)移試劑合成的圖案化修飾的PEG水凝膠材料的生物相容性和抗細(xì)胞黏附差異。在具有抗細(xì)胞黏附反差和不同直徑的Au點陣表面的細(xì)胞實驗表明,細(xì)胞能夠選擇性黏附,并且隨著點尺度的變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。
　　 3.研究了條紋狀微圖案表面誘導(dǎo)的細(xì)胞取向,并提出了系列統(tǒng)計參量。本論文制備了條紋狀A(yù)u-PEG水凝膠復(fù)合圖案化表面,用此材料表面研究

7、了3T3成纖維細(xì)胞在金條紋表面的取向黏附行為,定義了一系列統(tǒng)計參數(shù)用于細(xì)胞黏附行為的研究。發(fā)現(xiàn)隨著條紋間距的增加,細(xì)胞的取向度、長短軸比以及金條紋上的細(xì)胞占有率均逐漸增大,但單細(xì)胞的鋪展面積總體呈減小趨勢,并且它們隨條紋間距增大而發(fā)生突然變化的區(qū)域并不完全一致;同時黏附細(xì)胞在金條紋上的有效黏附比呈現(xiàn)非單調(diào)變化。5個統(tǒng)計參數(shù)組合在一起,良好地描述了細(xì)胞在條紋表面粘附后的取向。條紋狀A(yù)u-PEG水凝膠復(fù)合圖案表面的利用以及相應(yīng)的參量統(tǒng)計和比