有序微纳结构材料的制备及其对细胞的作用研究

摘要

细胞与微纳结构材料之间的相互作用是材料科学领域的研究重点之一。材料的物理化学性质对细胞的行为具有非常重要的调控作用，继而影响到细胞的黏附、增殖、迁移和分化等细胞行为和功能。通常材料表面的性质可以分为化学性质和物理性质。对材料表面进行化学基团修饰，可以改变细胞的黏附行为等，但细胞生长环境仍局限于二维平面。物理修饰不仅可以调节细胞黏附排列等行为，甚至可提供细胞培养的三维环境。目前改变材料表面物理形貌的方法有自组装技术、电子束刻蚀、纳米压印技术等。近些年来，由于自组装技术和光刻微加工技术可以在微纳米尺度范围内制备多尺寸多功能的微结构，因此越来越多应用于细胞培养领域。
　　本论文结合自组装和光刻技术，构建二维及三维有序微纳结构材料，并用于细胞培养。研究内容如下:
　　(1)利用自组装方法，制备出微纳多孔有序结构材料;进而再通过拉伸作用，获得孔穴变形的有序结构材料;通过细胞培养，发现孔穴形貌对细胞形貌和细胞排列产生诱导，探讨了不同拉伸倍数对细胞的取向排列诱导情况，拉伸倍数越高细胞定向排列越明显;在此基础上，通过对不同孔穴形貌的有序结构材料进行凝胶修饰的方法，实现了对细胞的黏附行为和定向排列行为的同时调控，这种材料有望为各向异性组织如心肌、血管等的研究提供一种新的方法。
　　(2)提出了基于阶跃拉伸法制备有序结构材料的方法，通过对同一材料在不同区域的不同倍数拉伸，得到了一系列不同孔穴形貌相组合的有序结构材料;基于此方法，还获得了孔穴形貌渐变的有序结构材料;此外，细胞实验表明，肌腱细胞在渐变拉伸材料表面呈现无序至有序的渐变排列;这种细胞渐变排列为今后研究组织工程领域中的关节连接处等提供了研究基础。
　　(3)基于水平接触曝光结合双向曝光的方法，获得了有序网格结构中空纤维;细胞实验表明，细胞可围绕管状结构黏附生长形成致密层;进而通过对中空纤维的药物凝胶灌注，获得了负载药物的功能性纤维，并探讨了功能性纤维对表面黏附细胞的影响;此外，还设计并制备得到了单进口多出口的纤维网络支架;这种具有贯穿通道且通透管壁的中空纤维及其纤维网络，有望在三维灌注细胞培养、药物缓释等领域中得到应用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 材料对细胞的作用

1．2 微纳结构对细胞的作用

1．2．1 纳米结构对细胞的作用

1．2．2 微米结构对细胞的作用

1．2．3 三维微纳多级结构对细胞的作用

1．3 微纳结构的构建方法

1．3．1 自组装技术

1．3．2 光刻技术

1．4 本论文的主要研究工作

参考文献

第二章 有序微纳多孔材料的制备及其对细胞的黏附排列调控

2．1 序言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 蛋白石胶体晶体膜结构的制备

2．2．3 有序微纳多孔材料的制备

2．2．4 有序微纳多孔材料的凝胶修饰

2．2．5 细胞培养

2．2．6 扫描电子显微镜表征前细胞预处理

2．2．7 细胞活力检测

2．3 结果与讨论

2．3．1 蛋白石胶体晶体膜的制备

2．3．2 反蛋白石有序多孔膜的制备

2．3．3 反蛋白石有序多孔膜的拉伸处理

2．3．4 有序多孔材料的表面亲水处理

2．3．5 有序多孔材料对细胞的影响

2．3．6 复合有序结构材料对细胞黏附的影响

2．4 本章小结

参考文献

第三章 阶跃拉伸有序多孔材料的制备及其对细胞的渐变排列诱导

3．1 序言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂与仪器

3．2．2 阶跃拉伸有序多孔膜的制备

3．2．3 细胞培养

3．2．4 扫描电子显微镜表征前细胞预处理

3．3 结果与讨论

3．3．1 渐变拉伸有序多孔膜的制备

3．3．2 渐变拉伸有序多孔膜上的细胞培养

3．4 本章小结

参考文献

第四章 有序网格状中空纤维支架的制备及细胞培养研究

4．1 序言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂与仪器

4．2．2 网格状结构的设计

4．2．3 中空纤维的制备

4．2．4 细胞的培养

4．2．5 细胞活力检测

4．2．6 中空纤维的凝胶灌注

4．3 结果与讨论

4．3．1 网格状纤维设计原理

4．3．2 微管侧壁的制备

4．3．3 纤维底层制备结果

4．3．4 中空纤维制备结果

4．3．5 中空纤维的细胞培养研究

4．3．6 基于中空纤维的药物缓释及细胞培养

4．3．7 多通道中空纤维的制备

4．4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

博士期间发表的论文及申请专利

致谢