光热表面是指能将吸收的光能高效转换为热能的材料表面。光热表面在光照射下产生的局部高温,能够对黏附在其表面的细菌或细胞产生影响。其一方面能够通过干扰微生物代谢、使蛋白质变性等方式实现对细菌的高效杀灭,另一方面能够增加细胞膜的通透性从而实现将外源性大分子高效地传递到细胞内部。然而,目前报道的光热表面仍然存在一些问题,即杀灭的死细菌和传递有外源分子的细胞依旧黏附在表面。残留的死细菌可能会引起免疫反应和炎症等不良反应,而经外源性分子“改造”后的细胞不能从表面收获则不利于其后续在细胞治疗等领域中的应用。刺激响应性材料改性的表面能够在外部刺激的作用下改变表面的物理化学性质,进而直接或间接地调控表面与细菌/细胞之间的相互作用。因此,在本论文中我们通过在光热表面上引入刺激响应性材料,构建了两种智能光热表面并考察了其在抗菌和细胞内分子传递领域的应用。具体研究内容如下:(1)结合具有光热效应的金纳米粒子沉积膜(GNPL)和可被维生素C(Vc)降解的相转变溶菌酶膜(PTLF),构建了一种具有可控“光热杀菌-释放细菌”功能的智能光热表面(GNPL-PTLF)。首先,在基材上沉积了 PTLF,并考察了 PTLF在Vc溶液中的降解情况,以及黏附在PTLF表面的生物实体(蛋白质、细菌和细胞)在Vc作用下的释放情况。随后在基材表面逐步沉积GNPL和PTLF得到具有智能抗菌性能的复合膜GNPL-PTLF。在808 nm的近红外光照射下,由于GNPL优异的光热效应,GNPL-PTLF表面温度升高并实现了对多种细菌(包括耐药性细菌)的高效杀灭。进一步利用Vc溶液处理GNPL-PTLF降解表层的PTLF,实现了对表面死细菌的高效释放。通过改变Vc溶液浓度和浸泡时间实现PTLF的逐步降解,从而GNPL-PTLF表面在完成一次光热杀菌-释放细菌过程后,可以用于下一个光热杀菌-释放细菌循环,并在三个循环内保持了优异的光热杀菌-释放细菌性能。GNPL-PTLF的沉积方法操作简单,并可以应用于多种具有不同表面性质的基材。同时GNPL-PTLF具有良好的稳定性,其在不同的介质中浸泡14天后仍保持了良好的光热杀菌和释放死细菌性能。(2)结合具有光热效应的硅纳米线阵列(SiNWAs)和具有糖响应性的含苯硼酸基团的聚合物(PHB),构建了一种具有“细胞捕获-细胞内分子传递-细胞收获”三种功能的智能光热表面(SN-PHB)。首先利用荧光染色法和扫描电子显微镜考察SN-PHB表面对多种细胞的捕获性能。由于SiNWAs的拓扑增强效应和苯硼酸与唾液酸之间能够形成苯硼酸酯键,SN-PHB表面能高效捕获表面过度表达唾液酸的贴壁细胞(Hela细胞)和悬浮细胞(Ramos细胞和T细胞)。然后利用荧光染色法和流式细胞仪考察SN-PHB表面向多种类型细胞中传递多种类型外源分子的性能。由于SiNWAs在808 nm的近红外光下能够将吸收的光能转换为热能,从而提高了捕获细胞的细胞膜通透性,该表面可以高效促进多种类型外源大分子(蛋白质和质粒DNA)传递进多种类型细胞(Hela细胞、Ramos细胞和T细胞),特别是对于难转染的悬浮免疫细胞T细胞,质粒DNA的传递效率高达80%,远远超过采用商业化转染试剂的传递效率。最后利用荧光染色法和CCK-8法考察表面对“改造”细胞的收获性能及收获后细胞的活性。由于苯硼酸酯键具有糖响应性,可以利用果糖从改性表面高效释放含有传递分子的细胞实现对“改造”细胞的收获,并且收获的“改造”细胞具有良好的细胞增殖性能。总之,本论文通过在光热表面引入刺激响应性材料以调控细菌/细胞与表面之间的相互作用,构建了两类具有不同功能的智能光热表面,并探索了其在抗菌和细胞内分子传递领域中的应用。构建的智能光热抗菌表面能够高效杀死黏附在表面的细菌,并且通过Vc溶液处理后释放表面的死细菌和碎片,使表面得到再生。构建的智能光热大分子传递表面能够将多种类型的大分子传递到多种类型细胞中,并利用糖溶液能够实现对“改造”后细胞的无损收获。本论文的研究结果为构建新型智能光热表面提供了有效的思路和方法,在医用材料和器械、癌症治疗和组织工程领域具有潜在的应用前景。