丝素蛋白膜的微纳米图案化与应用

摘要

生物材料在人体内的成功应用必须具备一些关键的特性，例如，无免疫反应，优良的力学性能，生物相容性，可控的生物可降解速率等。丝素蛋白能够很好的满足这些要求。较好的弹性，强度以及与相容性的完美结合使丝素蛋白在组织工程中成为一种极具吸引力的材料。除此之外，蚕丝蛋白膜表面能够通过软光刻等技术图案化，在组织工程和生物材料领域，研究表面形貌对细胞行为的影响是非常有意义的课题。我们利用简单的软印刷技术成功制得多种微纳米图案化的丝素蛋白膜，同时对蚕丝蛋白进行化学改性，最终获得了具有几何图案化拓扑结构和化学图案化的两类蚕丝蛋白膜。并且基于蚕丝蛋白是细胞培养的天然支架这一特点，探究了微纳米图案化的蚕丝蛋白膜对细胞行为与功能的影响。本课题为组织工程提供了新的研究思路，具有重要的现实意义。
　　本论文研究的主要内容如下：
　　1.多种微纳米表面拓扑结构的丝素蛋白膜的制备。我们使用简单的软印刷技术获得微纳米图案化的蚕丝蛋白膜，运用傅里叶红外光谱和X射线衍射仪分析甲醇-水混合溶剂处理后材料的二级结构变化，采用原子力显微镜和扫描电子显微镜分别对获得的多种微纳米图案表面表征。结果表明我们能够获得大面积图案（约为16 mm2）、小尺寸（约为300 nm）、多种图案（方形孔、方形柱、方形柱&圆形孔、多尺寸条形）、难溶于水的丝素蛋白膜。
　　2.表面微纳米化学结构的丝素蛋白膜制备。首先在蚕丝蛋白膜表面进行重氮化偶合反应，通过简单有效的点击化学方法将糖类小分子固定到纳米级图案化的蚕丝蛋白膜表面，得到一种既具有丝素蛋白本身卓越的机械性能又能与伴刀豆球蛋白(Con A)相互作用的含糖高分子生物材料。
　　3.微纳米表面拓扑结构对细胞行为的影响。以微纳米图案化的丝素蛋白膜为基底，探究对血管内皮细胞和L929细胞行为的影响。采用倒置显微镜对细胞的取向和生长情况进行观察，通过Image-Pro6软件进行数据统计，借助扫描电子显微镜研究细胞伪足行为。结果表明：五种不同尺寸（周期从600 nm到1700 nm，高度400 nm和70 nm）的条形图案都能够导致细胞的“接触引导”行为，取向率均在50％左右，细胞伪足也会受到图案种类和尺寸的影响，同时较小尺寸的图案极大地降低细胞的增殖。但是并没有影响L929细胞的生长。该研究对细胞与材料相互作用的研究和应用具有一定的指导意义。

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第一章 文献综述

1.1 表面微纳米结构对细胞的影响

1.2 材料的选择

1.3 蚕丝蛋白组成，结构，特点和应用

1.4 蚕丝蛋白材料的化学改性方法

1.5 蚕丝蛋白材料表面拓扑结构的制备方法

第二章 本论文研究的目的和意义

第三章 微纳米结构的丝素蛋白膜的制备与表征

3.1再生丝素蛋白水溶液的制备

3.2 再生丝素蛋白膜的结构性能测试

3.3 微纳米结构的丝素蛋白膜的制备与测试

3.4 结果与分析

3.5 本章小结

第四章 含糖蚕丝蛋白膜的制备与表征

4.1 实验

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 丝素蛋白膜表面微纳米结构对细胞的影响

5.1 引言

5.2 图案化蚕丝蛋白膜调控血管内皮细胞的行为

5.3 图案化蚕丝蛋白膜调控L929细胞的行为

5.4 本章小结

第六章 全文总结

6.1 本论文的主要成果

6.2 课题的创新点

6.3 问题和展望

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢