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两亲嵌段共聚物表面的构建及其与蛋白质、细胞的相互作用

刘晓宇  
【摘要】:蛋白质在材料表面的吸附是自然界中一个普遍而又复杂的现象。材料表面所吸附蛋白质的种类和数量直接影响到植入材料的生物相容性以及微生物在材料表面的繁殖,因此,构建低蛋白质吸附的材料表面,使其阻抗微生物、细菌等生物体的黏附从而降低生物膜形成造成的污染一直是生物医用以及船舶制造等研究领域中的一个重要课题。两亲性聚合物界面材料在结构上的特点赋予其特殊的性质,使其成为近年来各国科研工作者的一个研究热点。 本论文将亲水性聚合物高度结合水分子形成水化层而阻抗蛋白吸附的优点与含氟疏水性聚合物低表面能从而降低生物体与基材表面之间的黏附力、使其容易从基材表面脱附的优点相结合,通过表面引发原子转移自由基聚合的方法(SI-ATRP),在硅平面接枝了亲水性的聚甲基丙烯酸寡聚乙二醇酯(POEGMA)、低表面能聚合物聚甲基丙烯酸三氟乙酯(PTFEMA)和二者的嵌段共聚物刷POEGMA-b-PTFEMA。通过椭圆偏振仪、X射线光电子能谱(XPS)对改性表面性质进行表征。由于嵌段组分化学性质的不同,嵌段共聚物改性表面具有了一定的溶剂响应性,可以由水接触角测试和原子力显微镜(AFM)结果得到验证,表面分别经过水和THF处理后,水接触角从65°到800可逆变化,并且在水相中有明显的相分离发生。并选取了人血清白蛋白(HSA)和溶菌酶(Lys)作为模型蛋白,采用同位素标记蛋白质法考查了蛋白质的吸附情况,结果发现,与未改性的硅表面相比,经过两亲性共聚物改性后的硅表面对两种蛋白的吸附量下降了约80%,显示出良好的阻抗蛋白质非特异性吸附的能力。细胞黏附实验结果表明:与未改性的硅表面相比,Si-POEGMA-b-PTFEMA表面和Si-POEGMA表面的细胞黏附量相对较少,而Si-PTFEMA表面细胞黏附量增多。 同时,通过化学腐蚀法制备了具有纳米粗糙结构的基材——硅纳米线阵列(Silicon nanowire arrays, SiN),并考察了粗糙度对改性表面性质的影响。静态水接触角结果显示,由于纳米结构的引入,SiN和SiN-POEGMA成为超亲水表面,SiN-POEGMA-b-PTFEMA和SiN-PTFEMA表面接触角均超过150°,属于超疏水表面。纳米级粗糙结构的引入造成了这种亲疏水性的放大效应。两亲嵌段共聚物表面的溶剂响应性也表现得更为明显,静态水接触角从135°到155°可逆变化。蛋白吸附结果显示,SiN-POEGMA和SiN-POEGMA-b-PTFEMA表面的蛋白吸附量比未改性硅纳米线表面下降了有~99%,表现出很好的排斥非特异性蛋白吸附的能力。细胞黏附实验结果表明:与硅平面相比,SiN和SiN-POEGMA表面细胞呈球形,纳米结构的引入一定程度限制了细胞在表面的铺展,而接枝了PTFEMA的硅纳米线表面利于细胞的黏附与铺展。


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