Laser interference lithography : micropatterning of polymer surface for cell adhesion

摘要

Wechselwirkungen zwischen Zellen und fremden Oberflächen sind die grundlegenden Aspekte, um die Funktionen der Oberflächenchemie und -Topographie der Biomaterialien zu verstehen. Wenn sich die Zellen in ihren Reaktionen zu den topographischen Veränderungen unterscheiden, kann dieses Phänomen ausgenutzt werden, die Zellfunktionen zu regulieren und Materialien für Implantate zu entwickeln. Zellreaktionen zur Oberflächentopographie, insbesondere die Orientierung und Differenzierung, die durch Oberflächenmikrostrukturen induziert werden, werden als "Contact Guidance" genannt. In dieser Arbeit wurde die Laserinterferenzlithographie eingesetzt, um periodische lineare und punktförmige Mikrostrukturen zur Untersuchung von "Contact Guidance" der Säugetierzellen aufzubereiten. Dieser Prozess gewährleistet eine direkte Mikrostrukturierung, die auf gezielter Laserabtragung der Polymerwerkstoffe basiert, welche die periodische Energieverteilung der Interferenzmuster von zwei oder mehr Laserstrahlen ausnutzt. Die Laserablations-Mechanismen wurden mit Flugzeitmassenspektroskopie, Röntgenelektronenspektroskopie, bzw. durch Laserablation einer Dünnpolymerlösung untersucht. Der Mikrostrukturierungs-Prozess wurde in Bezug auf Polymereigenschaften, Energiedichte und Pulsanzahl optimiert. Die Mikrostrukturen wurden durch Atomkraftmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie und Weißlichtinterferometerie charakterisiert. Mäusefibroblasten und menschliche Lungenfibroblasten wurden auf 2D- und 3D-Mikrostrukturen mit unterschiedlichen Perioden gezüchtet, die durch Laserinterferenz-Lithographie angefertigt wurden. Die Morphologie der gezüchteten Zellen wurde direkt mit Atomkraftmikroskopie oder nach Färbung und Lufttrocknung mit Weißlichtmikroskopie aufgenommen. Die Zellen, die auf 2D-Mikrostrukturen von Polyethylenterephthalat, Thermanox und Polycarbonat gezüchtet wurden, waren länglich orientiert und entlang der Linie ausgerichtet. Demgegenüber dehnten sich die Zellen auch aus, die auf 3D-Punktmustern gezüchtet wurden, aber zeigten nur einigermaßen Ausrichtung. Die physiologische Reaktion wurde durch E-Selectin-Expression untersucht. Schließlich wurden die Ergebnisse und die verbleibenden Fragen in Bezug auf Laserablations- und Zellentzündungsmechanismen zusammengefasst.