Smart Surface Chemistries of Conducting Polymers:for Guiding Cell Behavior in Polymeric Microsystems

摘要

I denne afhandling studeres interaktionen mellem ledende polymerer af typen 3,4-dioxythiophene (PEDOT) og levende celler fra pattedyr. Målet med studierne er at fastlægge om samspillet mellem denne type materialer og levende celler, kan kontrolleres ved at foretage kovalente ændringer af polymeren, efter polymerisering. Til dette formål benytter vi en azid-modificeret PEDOT: Poly(3,4-(1-azidomethylethylene)-dioxythiophene) (PEDOT-N3). Dette sætter os i stand til at forankre forskellige typer af overfladekemi til polymeren ved at hjælp af ”klik”-kemi med forskellige alkyn-reaktanter. Denne ”klik”-kemi-tilgang viser sig højst anvendelig til at kontrollere interaktionen mellem materialet og levende celler. Vi er således i stand til at fremstille overflader hvor vedhæftningen af celler kan kontrolleres biologisk specifikt, ved at forankre passende funktionelle molekyler til PEDOT-N3 substraterne.Som supplement til disse resultater, præsenterer vi en ny teknik til at fabrikere overfladekemiske gradienter på PEDOT-N3-tyndfilm. Teknikken er baseret på at anvende "elektro-klik kemi" til lokalt at inducere en kovalent forankring af alkyn-reaktanter. Som yderligere supplement til disse resultater, udvikler vi en simpel og billig metode til at fremstille mikroelektroder af ledende polymerer, hvor den direkte kontrol over overfladekemien af prøverne bevares. Metoden gør det således muligt at kontrollere overfladekemien af både de fabrikerede mikroelektroder samt mellemrummene mellem dem. Metoden er baseret på lokalt at fjerne PEDOT tyndfilm så underliggende ikke-ledende funktionelle polymerer eksponeres, og der derved fremstilles multifunktionelle substrater. Ved at anvende denne metode, fremstiller vi mikrosystemer baseret udelukkende på polymerer, hvor flere typer af funktionel (bio)-kemi præsenteres lokalt.Igennem vores studier står det klart at PEDOT-N3 tyndfilm kvælder betydeligt, men reversibelt, når de udsættes for dimethyl-sulfoxid (DMSO). Denne kvældning kan anvendes til at kontrollere reaktionstætheden og reaktionsdybden. Dette muliggør eksempelvis fremstillingen af tætte poly-ethylen-glycol belægninger af PEDOT-N3 substraterne. Sådanne belægninger gør substraterne modstandsdygtige over for adsorption af proteiner. Altså viser valget af opløsningsmiddel sig at være centralt for, om funktionelle kovalente ændringer af PEDOT-N3 kan opnås.Metoderne vi har udviklet i denne afhandling er i høj grad almengyldige, og kan derfor anvendes til at fremstille en mangfoldighed af mikrosystemer baseret på ledende polymerer, med flere typer af lokal og biologisk specifik overfladekemi.