聚合物表面拓撲結構對蛋白質吸附、細胞黏附的影響.pdf

1、蛋白質在生物材料表面的吸附是材料接觸生物體內(nèi)環(huán)境后發(fā)生的首要反應，是衡量材料生物相容性的一個重要指標。材料表面的化學組成和拓撲結構都會影響蛋白質吸附以及后續(xù)的細胞黏附。因此，研究材料表面的化學組成、拓撲結構及其兩者的協(xié)同作用對蛋白質吸附、細胞黏附的影響，對于合理設計材料的表面、提高材料的生物相容性具有重要意義。 本課題首先選取常用的生物材料，一方面采用軟刻蝕和紫外光刻技術，構筑化學組成均質和異質的聚合物表面拓撲結構圖案，另一方面

2、從仿生的角度出發(fā)，制備具有仿荷葉表面拓撲結構的生物醫(yī)用材料；進而考察以上所得的拓撲結構表面對蛋白質吸附、細胞黏附的影響。具體內(nèi)容如下： 1.采用制備軟刻蝕彈性印章的方法得到了聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane),PDMS)圖案表面，所得表面化學組成均一；以PDMS圖案為模板，采用澆注成膜的方法制備聚氨酯(Polyurethane,PU)圖案表面。以PDMS表面微米拓撲結構為基材，研究單純的拓撲結構對于纖維

3、蛋白原(Fibrinogen，F(xiàn)g)吸附和血小板黏附的影響。當拓撲結構被引入PDMS表面后，材料的表面積增加了8.3％而Fg的吸附量卻增加了34.6％。激光共聚焦顯微鏡結果顯示，在平整表面，吸附的Fg呈現(xiàn)無規(guī)分布，而在圖案表面，吸附的Fg呈現(xiàn)圖案化分布且多數(shù)吸附在凸起的邊緣和底部。這些結果表明微米級拓撲結構同樣會影響納米級Fg的吸附和分布。富含血小板血漿(Platelet rich plasma，PRP)和流動全血(Flowing wh

4、ole blood，F(xiàn)WB)的血小板黏附實驗結果顯示，在不同的實驗條件下，黏附在材料表面的血小板呈現(xiàn)的形態(tài)和激活程度不同，但是多數(shù)血小板的黏附位置與Fg的分布相對應。表面微米拓撲結構很可能首先影響血漿蛋白質中Fg的吸附，然后通過吸附的Fg影響后續(xù)血小板的黏附。 2.通過硅氫加成反應，在PDMS表面接枝了烯丙基聚乙二醇(Monoallyl-polyethylene glycol，APEG)，紅外光譜、X射線光電子能譜和水接觸角的測

5、試結果證實了PDMS-APEG表面的成功制備。通過172nm紫外光刻在PDMS-APEG膜片表面制備了化學組成異質的拓撲結構圖案：受到紫外光照的APEG被刻蝕，未受到紫外光照的APEG保存完好。激光共聚焦顯微鏡測試結果表明，F(xiàn)g只能吸附在APEG被刻蝕的區(qū)域，APEG保存完好的區(qū)域能夠有效地排斥Fg吸附，從而形成了規(guī)整的蛋白質圖案表面。 3.以天然的荷葉表面為模板，通過兩次澆注成膜，在PU、聚碳酸亞丙酯(Poly(propyle

6、necarbonate)，PPC)和PU共混Pluronic(R)F-127(PUF)表面制得了仿荷葉的拓撲結構。掃描電子顯微鏡測試結果表明聚合物仿荷葉表面存在大量微乳突結構，這使得PU、PPC仿荷葉表面的疏水性增強；而拓撲結構和化學組成的協(xié)同效應，使得PUF表面顯示出獨特的浸潤性，靜態(tài)水滴和捕捉氣泡法水接觸角在平整表面變化不大，而在仿荷葉表面，靜態(tài)水滴接觸角顯示其較為疏水，捕捉氣泡法水接觸角則顯示其較為親水，Pluronic(R)F-

7、127含量為20％的PUF(PUF20)仿荷葉表面達到了超親水性。Fg的吸附結果表明，PUF表面的排斥非特異性蛋白質吸附的效果與預先浸泡過程有關，沒有預先浸泡而直接進行蛋白質吸附的膜片具有較好的排斥非特異性蛋白質吸附的能力。PUF20仿荷葉表面排斥Fg吸附的效果最佳(0.016μg)，相比于未改性的平整表面(0.289μg)下降了94％。 本課題通過考察拓撲結構圖案表面和仿荷葉拓撲結構表面對蛋白質吸附、細胞黏附的影響，深化認識了