基底表面納米結(jié)構(gòu)的細(xì)胞學(xué)效應(yīng)與離子液體的細(xì)胞相容性研究.pdf

1、設(shè)計(jì)新型生物材料是組織工程研究的核心內(nèi)容。通過(guò)材料改性能有效地改變材料的物理形貌和化學(xué)組成，從而獲得全新的生物支架材料。本文研究發(fā)現(xiàn)了生物材料表面通過(guò)激光改性形成的周期性納米結(jié)構(gòu)在細(xì)胞水平引發(fā)一系列納米生物學(xué)效應(yīng)，并嘗試從細(xì)胞學(xué)的角度分析了這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這為設(shè)計(jì)智能化支架材料提供了有價(jià)值的理論指導(dǎo)?；谕瑯拥募?xì)胞實(shí)驗(yàn)條件，本文又針對(duì)一類(lèi)新興的、化學(xué)結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)可調(diào)性的綠色材料-離子液體(ionicliquids，ILs)的細(xì)胞相容性進(jìn)行

2、了系統(tǒng)評(píng)價(jià)。通過(guò)尋找ILs細(xì)胞相容性與其化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，從而為開(kāi)發(fā)基于ILs的新型生物材料提供前期的理論指導(dǎo)。 聚苯乙烯是一種廣泛用作體外細(xì)胞和組織培養(yǎng)的非降解性高分子生物材料，也是研究生物材料表面物理化學(xué)性質(zhì)對(duì)細(xì)胞行為影響的理想的基底材料。但由于其表面具有疏水性，不利于貼壁細(xì)胞生長(zhǎng)，因此在使用前通常要經(jīng)過(guò)富氧等離子體處理來(lái)增加其親水性。本文采用波長(zhǎng)為266nm的偏振激光掃描平整的聚苯乙烯薄膜和一種類(lèi)聚苯乙烯離子液體聚合物(po

3、lymericionicliquid，PIL)薄膜--聚(溴化1-辛基-4-乙烯吡啶)((poly(1-octyl-4-vinylpyridiniumbromide)，PC8PyBr)。原子力顯微鏡(atomicforcemicroscope，AFM)、傅立葉變換紅外光譜儀(Fouriertransforminfraredspectrophotometer，F(xiàn)T-IR)和接觸角測(cè)量?jī)x測(cè)量的結(jié)果表明經(jīng)激光改性的聚苯乙烯表面不僅引入了含羰基

4、的親水性基團(tuán)，并且還形成了周期為250nm、深度為60nm的納米結(jié)構(gòu)(laser-inducedperiodicsurfacestructures，LIPSS)，表面能從43.4mN/m增加到63.1mN/m(平行于LIPSS方向)；經(jīng)激光改性的PC8PyBr薄膜表面形成了周期為170nm、深度為50mn的LIPSS。小牛血清白蛋白(bovineserumalbumin，BSA)吸附實(shí)驗(yàn)表明在經(jīng)激光改性的聚苯乙烯表面BSA的吸附量比較大

5、。以大鼠神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞和人子宮頸鱗狀上皮癌細(xì)胞為細(xì)胞模型，系統(tǒng)地觀察了經(jīng)激光表面改性的聚苯乙烯對(duì)細(xì)胞各種行為的影響。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)激光表面改性的聚苯乙烯能顯著地影響細(xì)胞的各種行為-細(xì)胞粘附數(shù)目增多；細(xì)胞增殖速度加快；細(xì)胞運(yùn)動(dòng)減慢、并沿LIPSS運(yùn)動(dòng)；細(xì)胞伸出絲狀偽足進(jìn)行鋪展、并在鋪展過(guò)程中逐步沿LIPSS取向；細(xì)胞體和細(xì)胞核都沿LIPSS取向；細(xì)胞分裂方向也平行于LIPSS。標(biāo)記粘附斑激酶和γ-微管蛋白的細(xì)胞免疫學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步表明

6、：對(duì)于培養(yǎng)在經(jīng)激光改性的聚苯乙烯表面的細(xì)胞來(lái)說(shuō)，粘附斑的面積較大；在細(xì)胞分裂中后期，兩個(gè)微管組織中心分別位于細(xì)胞的兩極，且它們之間的連線平行于LIPSS方向。因此，在激光表面改性聚苯乙烯過(guò)程中引入的親水性基團(tuán)可能在促進(jìn)細(xì)胞粘附和增殖中起主要作用，而LIPSS作為永久性的定向機(jī)械刺激誘導(dǎo)細(xì)胞伸出絲狀偽足并沿LIPSS取向、運(yùn)動(dòng)和分裂。其中LIPSS誘導(dǎo)細(xì)胞定向運(yùn)動(dòng)和定向分裂不僅有助于揭示生物材料表面各向異性的納米結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生特異性響應(yīng)

7、的作用機(jī)理，而且還有助于實(shí)現(xiàn)組織工程中控制細(xì)胞定向分布，從而保證了構(gòu)建的人工器官具有特定的生理功能。 ILs是一類(lèi)人工合成的、由有機(jī)陽(yáng)離子和無(wú)機(jī)或有機(jī)陰離子構(gòu)成的、在室溫或室溫附近溫度下呈液態(tài)的鹽類(lèi)。本文系統(tǒng)地合成了由四類(lèi)陽(yáng)離子、四類(lèi)陰離子和五類(lèi)不同烷基側(cè)鏈的陽(yáng)離子組合而成的共38種ILs以及兩種類(lèi)聚苯乙烯PILs。以人子宮頸鱗狀上皮癌細(xì)胞為細(xì)胞模型，研究了各種ILs和兩種類(lèi)聚苯乙烯PILs的細(xì)胞相容性。以細(xì)胞毒性作為細(xì)胞相容性

8、的檢測(cè)指標(biāo)，采用MTT法檢測(cè)了ILs的半數(shù)效應(yīng)濃度(medianeffectiveconcentration，EC50)。并比較了ILs的細(xì)胞毒性與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系；采用濃度相加模型，比較了ILs對(duì)細(xì)胞的作用模式與其結(jié)構(gòu)的關(guān)系；并首次觀察了1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(1-ethyl-3-methylimidiumtetraflubromide，[emim][BF4])誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡過(guò)程中細(xì)胞的形態(tài)變化和生化變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著烷基側(cè)

9、鏈(乙基、丁基和辛基)長(zhǎng)度增長(zhǎng)，ILs的細(xì)胞毒性增加；季磷類(lèi)ILs的細(xì)胞毒性最強(qiáng)，其次是咪唑類(lèi)和吡啶類(lèi)ILs，膽堿衍生物類(lèi)和三乙基銨類(lèi)ILs的細(xì)胞毒性最??；陽(yáng)離子烷基側(cè)鏈為乙基和丁基的ILs對(duì)細(xì)胞的作用模式相似，而陽(yáng)離子烷基側(cè)鏈為芐基和辛基的ILs的作用模式相似；[emim][BF4]誘導(dǎo)細(xì)胞呈現(xiàn)出一系列凋亡特征，如細(xì)胞質(zhì)內(nèi)形成空泡、細(xì)胞表面生成芽狀突起、細(xì)胞核呈明顯的凋亡特征、線粒體膜去極化、細(xì)胞質(zhì)內(nèi)ROS含量和游離的鈣離子濃度增加。