專利名稱：以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚合物表面的納米修飾及其應(yīng)用，特別提供了一種以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
細胞與表面相互作用是生物細胞學(xué)領(lǐng)域ー個重要的研究范疇，它為組織工程及再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供了一個有效的研究平臺?，F(xiàn)在研究中涉及到的細胞與表面相互作用包括三種因素I、表面修飾的生化因子對于細胞的作用；2、表面的形態(tài)變化對用細胞的作用；
3、表面的弾性與硬度對于細胞的作用。其中，表面形態(tài)學(xué)對于細胞的多種行為都有重要的影響，這種影響被稱為接觸導(dǎo)向。近年來表面形態(tài)學(xué)對于細胞行為的影響越來越被人所關(guān)注，現(xiàn)在報道的表面形態(tài) 所誘導(dǎo)的細胞行為包括細胞的増殖、活力、遷移、取向、甚至于干細胞的分化。而其應(yīng)用領(lǐng)域也涉及骨組織再生、神經(jīng)修復(fù)、體外器官重建等諸多方面。隨著生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的需求，表面形態(tài)學(xué)的修飾技術(shù)也在飛速發(fā)展，主要的方法有納米激光刻蝕，紫外曝光刻蝕、電子束刻蝕，原位合成法，納米電紡絲技術(shù)等(I、Yang, Y; Leong, Kff, WILEY INTERDISCIPLINARYREVIEWS-NANOMEDICINE AND NANOBIO- TECHNOLOGY，卷2，期5，478-495，2010 ;2、KimDeok-Ho, Lee Hyojin, Lee Young, Kwang, et al, Adv Mate,卷22,期41,4551-66,2010)。盡管上述方法現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，但仍有很多因素限制了其更加廣泛的應(yīng)用納米激光刻蝕，紫外曝光刻蝕、電子束刻蝕等技術(shù)修飾的精度高，但其需要專業(yè)化的昂貴儀器并且操作復(fù)雜；原位合成法雖然操作簡單，但其用于原位合成的分子價格昂貴并且合成的體系有時會用到大量有機試劑；電紡絲技術(shù)簡單、快速、成本低廉，但其只能產(chǎn)生紡絲的表面并且該表面易于破碎、褶皺、后期集成困難。綜上所述，發(fā)明一種簡單、快速、易于操作、環(huán)境友好、易于集成，可控性強、并且價格低廉的表面修飾技術(shù)是具有十分重要意義的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法及應(yīng)用，以解決以往修飾技術(shù)中存在的操作復(fù)雜、價格昂貴等問題。本發(fā)明提供了一種以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下，
——將紡絲的こ醇溶液進行電紡絲操作；
——將上述的紡絲表面作為模板，澆灌上聚合物溶液，然后進行固化，此時，紡絲會嵌入聚合物表面，若聚合物溶液為PDMS溶液，優(yōu)選的単體與引發(fā)劑配比為10 :1，且固化溫度為 80 0C ；
——將固化后的聚合物浸入到水中除去電紡絲，最終完成聚合物的表面修飾，修飾后的聚合物表面具有微納米級別的凹槽結(jié)構(gòu)。
其中，所述的電紡絲材料為水的可溶性材料或可溶的聚合物-溶液體系，可溶性材料優(yōu)選為聚こ烯吡咯烷酮(PVP)，其它的聚合物-溶液體系包括為羥甲基纖維素-水體系、PLGA-三氟こ醇體系或殼聚糖-水體系等；所述的聚合物為PDMS或可以用于軟刻蝕的聚合物。本發(fā)明提供的以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法中所修飾的聚合物表面最終具有凹入的微槽結(jié)構(gòu)，該微槽的寬度和結(jié)構(gòu)分別通過電紡絲的直徑和電紡絲的不同排列進行控制，然而，電紡絲的直徑寬度是由紡絲こ醇溶液的濃度及噴絲電壓來調(diào)控的，電紡絲的直徑寬度隨紡絲こ醇溶液濃度的增加及電壓的降低而增加；同時，根據(jù)電紡絲的噴射方法及采集方式實現(xiàn)表面微結(jié)構(gòu)的圖形控制。使用本發(fā)明提供的方法進行表面修飾后的聚合物保留原來的所有性質(zhì)，所以其可以通過等離子體處理等手段用于微流控芯片的制作與集成，以該方法進行表面修飾后的聚合物可以用于制作研究細胞-底面相互作用的微流控芯片，例如以修飾的PDMS表面制作微流控芯片用于細胞遷移研究的方法將修飾有平行微槽結(jié)構(gòu)的PDMS表面作為芯片底層， 以具有十字通道結(jié)構(gòu)的PDMS為芯片上層，研究細胞與微結(jié)構(gòu)在平行及垂直兩個方向上的遷移情況；以修飾的PDMS表面制作微流控芯片用于細胞在復(fù)雜環(huán)境中取向研究的方法將修飾有平行微槽結(jié)構(gòu)的PDMS表面作為芯片底層，以具有十條不同方向且寬度漸變的通道的PDMS為芯片上層，對細胞在生長空間及生長底面雙重作用下的取向情況進行研究。將使用本發(fā)明提供的修飾方法對聚合物修飾表面進行等離子體處理后，立刻用水或こ醇浸泡過夜，可以保持其親水性。本發(fā)明提供的以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，利用可溶的電紡絲來對聚合物表面，如PDMS，進行納米修飾并且與微流控芯片相結(jié)合用于細胞與表面相互作用的研究。同時，本方法還為不具備專業(yè)刻蝕設(shè)備及技術(shù)的實驗室提供了ー種具有應(yīng)用潛力的表面修飾平臺。本發(fā)明提供的以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其優(yōu)點在于
1、無需昂貴的刻蝕設(shè)備；
2、可實現(xiàn)一次性大面積修飾；
3、操作簡單、快速；
4、實驗成本低廉；
5、不涉及有機試劑，環(huán)境友好；
6、可與其它技術(shù)集成化。


圖I為以聚こ烯吡咯烷酮(PVP)電紡絲為模板對PDMS表面進行納米修飾的流程 圖2為PVP平行電紡絲、紡絲嵌入PDMS表面及紡絲溶解后PDMS表面的明場照片及電鏡照片；
圖3為細胞生長在不同濃度PVP電紡絲修飾的PDMS表面，及細胞的活力和増殖情況； 圖4為用于研究細胞在修飾PDMS表面遷移情況的芯片設(shè)計及原理示意 圖5為細胞在通道與底面微結(jié)構(gòu)平行、垂直、及未修飾底面的遷移情況；圖6為用于研究在空間及底面雙重作用下細胞取向的芯片設(shè)計，以及細胞在芯片內(nèi)取向的突光照片。
具體實施例方式下面的實施例將對本發(fā)明予以進ー步的說明，但并不因此而限制本發(fā)明。實施例I
將PVPこ醇溶液進行電紡絲操作，之后將該紡絲表面作為模板，澆灌上PDMS (10 :1)，80° C下使PDMS固化。此時，PVP電紡絲會鑲嵌如PDMS表面，再將其浸入到水中除去PVP電紡絲，從而完成了對PDMS的表面納米修飾，修飾后的表面具有微納級別的凹槽結(jié)構(gòu)。實施例2 基于PVP納米電紡絲對PDMS表面修飾情況的驗證。如圖2A所示，利用帶有缺ロ的平行接收器，可以獲得平行的PVP納米電紡絲，同理，利用其它方法可以得到不同排列的電紡絲，例如扇形、網(wǎng)格狀、無序狀等，這證明了通過控制電紡絲可以間接對表面修飾的微結(jié)構(gòu)圖形進行控制。另外，該圖還表面不同濃度的PVP溶液形成紡絲的直徑不同，濃度與紡絲直徑成正比，且本方法可用的最低PVP溶液濃度為8%。這證明了通過控制電紡絲可以間接對表面修飾的微結(jié)構(gòu)的寬度進行控制，其中16%的PVP溶液得到紡絲的直徑在600-800納米，證明其為納米紡絲。圖2B顯示了納米電紡絲嵌入到PDMS表面的情況，該紡絲嵌入后排列保持基本完整，無明顯褶皺、斷裂等情況。圖2C顯示了嵌有PVP紡絲的PDMS浸入水中48小時后，最終修飾情況，該圖表明PVP電紡絲可以通過浸泡完全除去，在形成PDMS表面形成印記明顯的修飾結(jié)構(gòu)。實施例3
基于PVP納米電紡絲修飾PDMS表面用于細胞培養(yǎng)的驗證。圖3A顯示了間質(zhì)細胞在不同濃度PVP電紡絲修飾的PDMS表面的生長及活力情況，在培養(yǎng)的五天時間內(nèi)，細胞生長正常。并且圖3B顯示細胞在修飾表面與対照的未修飾表面増殖率無明顯差異，這說明了本方法修飾的PDMS表面無毒性，并且保持了 PDMS本身優(yōu)秀的生物相容性。實施例4
基于PVP納米電紡絲修飾PDMS表面用于制作細胞遷移的微流控芯片。該芯片有上下兩層PDMS組成，下層為本方法修飾的帶有平行微結(jié)構(gòu)的PDMS表面，微結(jié)構(gòu)寬度為1000納米；上層為帶有十字遷移微通道的PDMS塊，其中每個遷移通道都是由7條并列小通道組成，小通道寬80微米、高5微米，間隔20微米，兩層PDMS通過等離子體處理后進行封接，如圖4A所示。封接后的芯片以PDMS浸泡并紫外殺菌過夜，便可接種細胞。圖4B顯示了遷移通道的原理，由于每條小通道的高為5微米，這可以阻止剛剛接種的懸浮細胞(直徑10微米)進入其中，而細胞貼壁后，高度下降為2-3微米，可以爬進遷移通道中，從而為細胞遷移確定了統(tǒng)ー的起始點，便于觀察、統(tǒng)計。在圖5顯示，當(dāng)?shù)酌嫖⒔Y(jié)構(gòu)與通道內(nèi)細胞遷移方向同向時，遷移通道內(nèi)的細胞個數(shù)最多；而底面微結(jié)構(gòu)與通道垂直時，遷移到通道內(nèi)的細胞數(shù)相對最少。這證明了本方法利用PVP平行絲修飾的PDMS表面對細胞的遷移行為有影響。實施例5
基于PVP納米電紡絲修飾PDMS表面用于制作細胞取向研究的微流控芯片。該芯片有上下兩層PDMS組成，下層為本方法修飾的帶有平行微結(jié)構(gòu)的PDMS表面，微結(jié)構(gòu)寬度為1000納米；上層為帶有十條對稱放射狀微通道的PDMS塊，其中每條通道包括80um、120um、180um、270um、405um細胞在生長空間及生長底面等雙重作用下取向情況的五個寬度。兩層PDMS通過等離子體處理后進行封接，當(dāng)上層芯片的對稱細胞在生長空間及生長底面等雙重作用下取向情況的軸與底面微結(jié)構(gòu)平行時(0°夾角)，其余八條通道會與底面結(jié)構(gòu)呈30°、60°、90°、135° (45° )夾角。由此，本芯片可以用于研究細胞在生長空間及生長底面等雙重作用下的取向情況，如圖6A所示。研究結(jié)果表明，在較寬的通道中本方法修飾的底面 對細胞取向起主導(dǎo)作用；而在較細的通道中，細胞取向受通道的限制作用更大，相應(yīng)的閥值為 180um。
權(quán)利要求
1.一種以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下， ——將紡絲材料的乙醇溶液進行電紡絲操作； —將上述的紡絲表面作為模板，澆灌上聚合物溶液，然后進行固化； —將固化后的聚合物浸入到水中除去電紡絲，最終完成聚合物的表面修飾。
2.按照權(quán)利要求I所述以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于所述的電紡絲材料為水的可溶性材料或可溶的聚合物-溶液體系。
3.按照權(quán)利要求I所述以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于所述的聚合物為PDMS或可以用于軟刻蝕的聚合物。
4.按照權(quán)利要求2所述以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于所述的可溶性材料為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
5.按照權(quán)利要求2所述以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于所述可溶的聚合物-溶液體系為羥甲基纖維素-水體系、PLGA-三氟乙醇體系、殼聚糖-水體系。
6.按照權(quán)利要求I所述以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于該方法所修飾的聚合物表面最終具有凹入的微槽結(jié)構(gòu)，該微槽的寬度和結(jié)構(gòu)分別通過電紡絲的直徑和電紡絲的不同排列進行控制。
7.按照權(quán)利要求I所述以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于表面修飾后的聚合物用于制作研究細胞-底面相互作用的微流控芯片。
全文摘要
一種以納米電紡絲為模板對聚合物表面進行修飾的方法，其特征在于該方法的具體步驟如下，將紡絲的乙醇溶液進行電紡絲操作；將上述的紡絲表面作為模板，澆灌上聚合物溶液，然后進行固化；將固化后的聚合物浸入到水中除去電紡絲，最終完成聚合物的表面修飾；表面修飾后的聚合物可以用于制作研究細胞-底面相互作用的微流控芯片，該方法無需昂貴的刻蝕設(shè)備，可實現(xiàn)一次性大面積修飾，具有操作簡單、快速，實驗成本低廉，不涉及有機試劑，環(huán)境友好，可與其它技術(shù)集成化的優(yōu)點。
文檔編號C08L83/04GK102672957SQ201110065160
公開日2012年9月19日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者張旭, 秦建華 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所