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聚合物表面拓扑结构对蛋白质吸附、细胞黏附的影响

作　者: 宋巍
导　师: 陈红
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料学
关键词: 拓扑结构图案仿荷叶表面拓扑结构蛋白质吸附细胞黏附
分类号: R318.08
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

蛋白质在生物材料表面的吸附是材料接触生物体内环境后发生的首要反应,是衡量材料生物相容性的一个重要指标。材料表面的化学组成和拓扑结构都会影响蛋白质吸附以及后续的细胞黏附。因此,研究材料表面的化学组成、拓扑结构及其两者的协同作用对蛋白质吸附、细胞黏附的影响,对于合理设计材料的表面、提高材料的生物相容性具有重要意义。本课题首先选取常用的生物材料,一方面采用软刻蚀和紫外光刻技术,构筑化学组成均质和异质的聚合物表面拓扑结构图案,另一方面从仿生的角度出发,制备具有仿荷叶表面拓扑结构的生物医用材料;进而考察以上所得的拓扑结构表面对蛋白质吸附、细胞黏附的影响。具体内容如下:1.采用制备软刻蚀弹性印章的方法得到了聚二甲基硅氧烷（Poly（dimethylsiloxane）,PDMS）图案表面,所得表面化学组成均一;以PDMS图案为模板,采用浇注成膜的方法制备聚氨酯（Polyurethane,PU）图案表面。以PDMS表面微米拓扑结构为基材,研究单纯的拓扑结构对于纤维蛋白原（Fibrinogen,Fg）吸附和血小板黏附的影响。当拓扑结构被引入PDMS表面后,材料的表面积增加了8.3%而Fg的吸附量却增加了34.6%。激光共聚焦显微镜结果显示,在平整表面,吸附的Fg呈现无规分布,而在图案表面,吸附的Fg呈现图案化分布且多数吸附在凸起的边缘和底部。这些结果表明微米级拓扑结构同样会影响纳米级Fg的吸附和分布。富含血小板血浆（Platelet rich plasma,PRP）和流动全血（Flowing whole blood,FWB）的血小板黏附实验结果显示,在不同的实验条件下,黏附在材料表面的血小板呈现的形态和激活程度不同,但是多数血小板的黏附位置与Fg的分布相对应。表面微米拓扑结构很可能首先影响血浆蛋白质中Fg的吸附,然后通过吸附的Fg影响后续血小板的黏附。2.通过硅氢加成反应,在PDMS表面接枝了烯丙基聚乙二醇（Monoallyl-polyethylene glycol,APEG）,红外光谱、X射线光电子能谱和水接触角的测试结果证实了PDMS-APEG表面的成功制备。通过172nm紫外光刻在PDMS-APEG膜片表面制备了化学组成异质的拓扑结构图案:受到紫外光照的APEG被刻蚀,未受到紫外光照的APEG保存完好。激光共聚焦显微镜测试结果表明,Fg只能吸附在APEG被刻蚀的区域,APEG保存完好的区域能够有效地排斥Fg吸附,从而形成了规整的蛋白质图案表面。3.以天然的荷叶表面为模板,通过两次浇注成膜,在PU、聚碳酸亚丙酯（Poly（propylene carbonate）,PPC）和PU共混Pluronic^?F-127（PUF）表面制得了仿荷叶的拓扑结构。扫描电子显微镜测试结果表明聚合物仿荷叶表面存在大量微乳突结构,这使得PU、PPC仿荷叶表面的疏水性增强;而拓扑结构和化学组成的协同效应,使得PUF表面显示出独特的浸润性,静态水滴和捕捉气泡法水接触角在平整表面变化不大,而在仿荷叶表面,静态水滴接触角显示其较为疏水,捕捉气泡法水接触角则显示其较为亲水,Pluronic^? F-127含量为20%的PUF（PUF20）仿荷叶表面达到了超亲水性。Fg的吸附结果表明,PUF表面的排斥非特异性蛋白质吸附的效果与预先浸泡过程有关,没有预先浸泡而直接进行蛋白质吸附的膜片具有较好的排斥非特异性蛋白质吸附的能力。PUF20仿荷叶表面排斥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%。本课题通过考察拓扑结构图案表面和仿荷叶拓扑结构表面对蛋白质吸附、细胞黏附的影响,深化认识了材料表面性质与蛋白质吸附、细胞黏附的相互作用,为生物医用材料的表面设计、修饰提供了理论基础。

全文目录

中文摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 蛋白质吸附与生物相容性  10-11
    1.1.1 生物医用材料的生物相容性  10
    1.1.2 蛋白质吸附对生物相容性的影响  10-11
  1.2 材料表面性质与蛋白质吸附  11-14
    1.2.1 蛋白质的吸附过程  11-12
    1.2.2 材料表面性质对蛋白质吸附的影响  12-14
  1.3 材料表面拓扑结构的分类和常用制备方法  14-18
    1.3.1 材料表面拓扑结构的分类  14
    1.3.2 材料表面拓扑结构的常用制备方法  14-18
  1.4 仿荷叶表面拓扑结构材料  18-19
  1.5 本课题的研究目的和方案  19-21
    1.5.1 研究目的  19
    1.5.2 研究方案  19-21
第2章表面化学组成均质的拓扑结构图案的制备及对蛋白质、细胞的影响  21-39
  2.1 引言  21-22
  2.2 实验部分  22-37
    2.2.1 实验原料及仪器  22-23
    2.2.2 样品制备  23-26
    2.2.3 测试与表征  26-28
    2.2.4 结果与讨论  28-37
  2.3 本章小结  37-39
第3章表面化学组成异质的拓扑结构图案制备及对蛋白质的影响  39-50
  3.1 引言  39-40
  3.2 实验部分  40-48
    3.2.1 实验原料及仪器  40-41
    3.2.2 样品制备  41-42
    3.2.3 测试与表征  42-43
    3.2.4 结果与讨论  43-48
  3.3 本章小结  48-50
第4章仿荷叶表面拓扑结构的制备及对蛋白质影响  50-63
  4.1 引言  50-51
  4.2 实验部分  51-62
    4.2.1 实验原料及仪器  51-52
    4.2.2 样品制备  52-54
    4.2.3 测试与表征  54-55
    4.2.4 结果与讨论  55-62
  4.3 本章小结  62-63
第5章结论与展望  63-65
  5.1 全文结论  63-64
  5.2 展望  64-65
参考文献  65-73
致谢  73-74
附录:硕士期间研究成果  74

聚合物表面拓扑结构对蛋白质吸附、细胞黏附的影响

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