新型温度及糖响应性表面材料的制备及在细胞片层技术中的应用

作     者：郭兵兵 

作者单位：苏州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李斌;潘国庆

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：温度敏感性 糖敏感性 水凝胶 细胞片层 贴附 脱附 

摘      要：智能材料因其对周围环境变化的灵敏、可控且可逆的响应性而成为研究热点。聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)是一种温度敏感性聚合物,目前已被广泛用于获取细胞片层,在无支架组织工程技术和再生医学领域展现出极大的潜力。然而,此种方法仍存在不足,如温度降低易引起细胞活性降低等问题,因此,开发新颖的智能材料成为迫切的需求。4-羧基间氟苯硼酸(CFPBA)和3-丙烯酰胺基苯硼酸(AAPBA)等苯硼酸衍生物可与葡萄糖或果糖等含有顺式二醇结构的生物小分子形成稳定的、可逆的共价作用,因而表现出可逆的糖响应性,在生物医药等领域有着广阔的应用前景。本文旨在制备具有温度或糖敏感性的聚合物,研究环境温度或糖浓度变化对其影响,并将其用作细胞培养基材,依据外界环境(如温度和糖浓度)的变化调控细胞或细胞片单层的贴附与脱附行为,藉此改进当前细胞片层的收获方式。首先,我们通过AGET-ATRP技术和后改性方式在玻璃基材表面制备出含有糖敏感性基团的聚合物分子刷,并通过糖敏感的可逆共价作用将端基修饰有生物活性粘附肽RGD、且侧链带有糖基的线型聚合物(RGD-PGAPMA)结合到玻璃表面,并用于细胞培养,通过在培养基中添加葡萄糖或果糖促使细胞自行脱附。将含糖培养基弃去并加入新鲜低糖普通培养基,可观察到细胞重新在基材表面贴附。上述研究表明,苯硼酸与顺式二醇的多重可逆共价作用可用于构建稳定、动态的生物界面材料,可通过改变培养基中糖浓度的方式实现表面生物活性“开-关(on-off)作用,最终达到通过生物内刺激响应性(即生物体内糖浓度的变化)来调控细胞贴附与脱附行为的目的。其次,通过氧化还原聚合制备得到温度及糖双重响应性水凝胶片层。平衡溶胀率及表面亲疏水性质研究发现,温度降低或体系含糖时水凝胶膨胀且表面呈亲水性,即水凝胶表现出温度和糖的双重响应性。细胞实验表明,降低温度或更换含高糖培养基可以加快细胞片单层自行脱附,并得到完整的细胞片单层。并且,同时降低温度和更换高糖浓度的培养基时,细胞片层脱附速率最快。将已脱附的细胞片层重新在低糖普通培养基中培养,发现细胞仍保持较高活性。因此,温度及糖双重响应性水凝胶的使用加速了细胞片层的获取过程,并能使细胞保持较高的活性,对于细胞片层技术的推广应用具有重要意义。总之,本课题基于智能材料在细胞片层领域的研究基础,构建出新型的糖敏感性或温度及糖双重响应性基材,并成功用于细胞控释和细胞片层的获取,极大地丰富了细胞片层技术。