材料表面图案化及蛋白质的选择性吸附

摘要

生物分子在材料表面上的吸附对许多实际应用如表面生物诊断、生物传感器和生物医学器件等都是十分重要的。材料表面的化学结构、亲疏水性及拓扑结构等对蛋白质的吸附及细胞的黏附和生长具有非常重要的影响。在目前的生命科学领域中，利用表面微图案化来获取材料与生物分子（蛋白质）以及周围环境间相互作用信息从而研究和评价材料的生物相容性或进行生物分子的检测成为一个十分活跃的研究热点。目前使材料表面图案化并具有吸附或排斥生物分子功能的途径有很多，诸如微接触印刷、毛细微模塑、电子束刻蚀等，但是这些技术都存在自身的不足之处，如过程的控制、选材的特殊要求、保真度、可重复性等。真空紫外光（VUV）刻蚀技术具有成本低、重复性好、高保真的加工特点，不仅可以实现对聚合物材料表面性质的微调控，还可以一次大面积地进行拓扑结构的微加工。虽然VUV在材料表面图案化及微电子线路制作方面有一些成功的报道，但采用VUV光刻技术调控材料表面性质和微结构并以此来控制生物分子吸附的的选择性，构筑亚微米级的生物微图案成功报道较少。本文即采用了真空紫外光刻蚀技术以及借助自组装单分子膜的方法对相关聚合物材料表面性质和结构进行微调控，以控制生物分子的选择性吸附，在构筑亚微米级生物图案方面进行了一些探索。主要的研究结果如下： ⑴利用波长为172 nm真空紫外光处理改性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）材料表面，采用自组装单分子膜的方法在PET表面自组装十八烷基三甲氧基硅烷单分子膜。采用傅立叶红外以及静态水接触角测试对反应前后的PET表面进行了一系列表征，证实了自组装单分子膜的成功，同时也表明采用该方法可以对基材进行表面改性。 ⑵选用两种较常用的生物医用材料：聚二甲基硅氧烷（PDMS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），采用真空紫外光（ VUV）刻蚀的方法对其进行表面图案化。扫描电子显微镜、原子力显微镜测试对表面拓扑结构的表征结果显示VUV刻蚀技术可对上述两种材料表面进行图案化的微加工，并且构筑了一系列微纳米结构的微通道。X射线光电子能谱（XPS）对光照处理过的材料表面化学成分分析表明真空紫外光照前后表面区域的化学组成发生了变化，而且静态水接触角的检测结果进一步证实表面化学组成的变化导致了其表面性质的改变：经VUV处理的材料表面的亲水性得到了显著的提高。 ⑶对图案化以及官能化的PMMA表面进行了荧光蛋白质的吸附试验。共聚焦显微分析的结果表明，经处理的PMMA材料图案化表面对蛋白质的吸附具有选择性，可以构筑亚微米级的蛋白质图案。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章前言

1.1 材料表面官能化

1.1.1 分子自组装

1.1.2 自组装单分子膜

1.2 材料表面亚微米级图案化

1.2.1 软刻蚀

1.2.2 光刻蚀

1.3 生物材料与蛋白质的相互作用

1.3.1 蛋白质的吸附机理

1.3.2 材料表面性质对蛋白吸附的影响

1.4 本课题研究方案

第2章 自组装单分子膜

2.1实验部分

2.1.1实验用药品及仪器

2.1.2材料的前期处理

2.1.3实验方法

2.1.4测试原理及方法

2.2结果与讨论

2.2.1气相法和溶液法自组装APTS的AFM表征

2.2.2硅片上自组装APTS的XPS表征

2.2.3 PET表面自组装ODS的红外表征

2.2.4 PET表面自组装ODS的水接触角表征

2.2.5表面羟基化的反应机理及自组装的过程

2.3本章小结

第3章 材料的表面亚微米级图案化

3.1 实验部分

3.1.1实验原料及仪器

3.1.2样品制备

3.1.3表面图案化

3.1.4实验测试方法

3.2结果与讨论

3.2.1PDMS图案化表面

3.2.2 PMMA图案化表面

3.3本章小结

第4章 图案化表面的蛋白质吸附

4.1实验部分

4.1.1实验药品及仪器

4.1.2异硫氰酸荧光素(FITC)标记纤维蛋白原

4.1.3异硫氰酸荧光素(F1TC)标记纤维蛋白原吸附

4.1.4共聚焦显微测试

4.2结果与讨论

4.3本章小结

第5章 结论

参考文献

附录：硕士期间研究成果

致 谢