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当前阶段材料领域的一个研究热点之一是材料表面微图案的制作,这一技术在生物医学、环境科学、药物分析、组织工程等领域具有很大的应用前景和发展潜力。由于聚合物材料具有品种多、易成型、加工成本低、柔韧性好、透明性好、生物相容性好、质轻高强等优点,使得聚合物材料成为制作微图案的理想基体材料。
目前已有很多文献报道以聚合物材料为基体材料制作微阵列、微器件、微生物传感器等,其中的关键步骤是控制生物大分子或细胞在聚合物材料表面的选择性固定,但聚合物材料是一种软性材料,当它要长久的存在于生物环境中时,由于聚合物表面的高分子链发生重排,这就很难保证聚合物材料表面的微结构及其性质不发生变化。这也成为聚合物材料应用于生物医学领域的一个技术难题。
如能在聚合物材料表面未吸附生物分子的区域镀覆一层金属,则可有效抑制该区域的分子重排现象,使其能够稳定的存在于生物环境中。在聚合物材料表面制作金属微图案,再分别对金属区域和聚合物区域改性,使生物分子吸附在目标区域,即通过金属图案控制生物分子的选择性吸附,构筑生物微图案,从而为制备不同种类的生物分子微图案提供一条新的途径。
本文结合紫外光照射技术和化学镀技术,首先在聚合物基材表面大面积镀覆金属银,探究化学镀液的最佳配方和施镀条件,再利用铜网光掩模,在聚合物基材表面制备金属银微图案,用以控制蛋白分子在聚合物表面的选择性吸附,制作蛋白图案,为微型生物医学器件的开发开辟了一条新的道路并提供理论上的依据。本文的主要研究结论如下:
1.聚合物基材经紫外光照射后,水接触角测试和XPS测试表明表面水接触角降低,亲水性提高,氧含量相对增加,表面可能生成了活性的极性含氧官能团。
2.对经过紫外光照射后的聚合物材料进行化学镀银处理,对化学镀液的配方、各组分含量、施镀条件进行调控,找出最佳施镀条件,静态水接触角测试和XPS测试表明,金属银成功的镀覆在紫外光处理后的聚合物表面上。将表面镀覆了金属银的基材浸入一定浓度的巯基聚乙二醇(HSPEG)溶液中,静态水接触角测试和XPS测试表明,巯基聚乙二醇分子成功地接枝在金属银表面。
3.借助铜网光掩模在聚合物表面制作金属银微图案,光学显微镜和扫描电镜(SEM)的观察结果表明,金属银图案棱角分明,并且基材表面的金属银图案的特征尺寸和铜网光掩模的尺寸相吻合,均为20μm,说明金属银微图案的保真性好,从而为制作高保真性的蛋白图案做好了基础。将金属图案化的聚合物基材浸入巯基聚乙二醇溶液中,使镀银区域吸附排蛋白的巯基聚乙二醇分子,再将基材进行绿色荧光蛋白(GFP)吸附实验。荧光显微镜的检测结果表明,用这种方法可以得到GFP蛋白图案,GFP蛋白分子吸附在未镀银区域,基材表面由金属银图案和GFP蛋白分子镶嵌组成,两种图案的保真性都很好,从而证实,可以借助聚合物表面的金属图案化来诱导蛋白的选择性吸附,制作蛋白微图案。
本文的研究为蛋白分子的选择性固定提供了一种新的方法,为微型生物医学器件的发展指出了新的方向,并做出了一定的理论方面的探索。