一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法技术

本发明专利技术公开了一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法，属于高分子生物医用材料技术领域。本发明专利技术方法为采用聚电解质层层自组装目标生物膜，调控生物膜表面孔隙尺寸、孔间隙和表面纳米凸起，具体包括如下步骤：选取两种带有相反电荷的聚电解质，根据目标生物膜表面电荷选择与其带有相反电荷聚电解质进行自组装，随后组装另一种带有相反电荷聚电解质，至此为组装一个双分子层，以此类推直至获得所需层数。本发明专利技术将层层自组装技术应用于调控生物膜材料表面的孔隙大小和纳米凸起，并赋予生物膜材料额外的性能，使其生物医学价值最大化，本发明专利技术具有原料成本低廉、操作工艺简单、条件温和等诸多优点，适用于大规模生产。

Method for regulating cell surface topological structure to promote cell crawling

The invention discloses a method for regulating the topological structure of a biomembrane surface to promote cell crawling, belonging to the technical field of macromolecule biomedical materials. The method of the invention is a polyelectrolyte layer by layer self-assembly target membrane, pore size, surface regulation of biological membrane pore space and surface nano projection, and includes the following steps: selecting two oppositely charged polyelectrolyte membrane surface charge according to target creature selection and the oppositely charged polyelectrolyte self-assembly, then another assembly an oppositely charged polyelectrolyte, thus to assemble a double molecular layer, and so on until the required number of layers. The application of self assembly technology in the surface layers of regulation of biofilm material pore size and nano bulge, and given the additional material properties of biofilm, the biomedical value maximization, the invention has low cost of raw materials, simple operation, mild conditions and many other advantages, and is suitable for large scale production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子生物医用材料
，具体涉及一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法。
技术介绍
生物膜材料的医学价值不仅体现在其原料本身良好的生物相容性，还与其表面拓扑结构关系密切。作为细胞生长支架的膜材料，为了更好地模拟细胞外基质，它们需要有合适的孔径、高的孔隙率。由于细胞与细胞外基质的作用处在纳米级别，人们对材料表面纳米级别的凸起及其对细胞黏附、爬行和分化的影响的研究也越来越多。由于组织的修复是新生细胞爬行替代坏死组织的过程，只有具备合适孔尺寸、空间隙和纳米突起的多孔支架才能为细胞的黏附、生长、增殖、分化以及新组织的生成提供良好的生长环境。孔隙过大不利于细胞爬行，孔隙过小则不利于细胞间的交通和细胞生长入支架材料之中。此外，当材料表面拥有很多纳米级凸起的时候不仅利于细胞黏附，也可促进细胞的爬行、增殖和分化。据文献报道，可以通过调节溶液浓度、配比、静电纺丝的参数，包括电压强度、接收距离来调节纳米纤维的直径从而调节纤维的孔隙；通过调节溶液的浓度、冷冻干燥的温度来调节膜材料的孔隙率；通过更换溶解体系来调节膜材料的孔隙大小。亦有文献指出生物材料表面的粗糙度适当增加可以促进细胞的黏附，尤其材料表面纳米级别的凸起可以有效促进细胞的黏附、伸展和爬行。但是至今尚未发现有直接利用层层自组装技术调节生物医学材料表面孔尺寸、孔间隙和纳米凸起的研究和应用。专利号为“ZL201310158591.0”的一项专利技术提到将聚电解质层层组装至纳米纤维膜后其孔径缩小；专利申请号为“201510586136.X”的一项专利技术利用层层自组装技术制备纳滤膜，其中提到将聚乙烯亚胺和氧化石墨烯交替组装至聚丙烯腈基膜的表面使得膜表面的亲水性和孔径大小得到有效的调控。遗憾的是，此两项专利均属于膜分离领域而非生物医用材料领域，且并未讨论材料的生物相容性、材料表面孔尺寸、孔间隙及表面纳米凸起对细胞生物行为的影响，因此将膜材料进行层层自组装的目的及聚电解质种类也与生物膜材料大相径庭。近年来，层层自组装技术在生物医用材料领域受到广泛的应用。早在2010年，专利号为“ZL201010022450.2”的一项专利就报道了静电自组装改性纳米纤维的生物医用材料的制备方法，其目标在于将具有其他生物性能的聚电解质组装在纳米纤维膜上以赋予其附加性能达到增加其生物相容性的目的，但此专利技术并未关注到静电自组装对纳米纤维膜表面孔隙大小及纳米凸起的变化，也未对这些改变对细胞行为所产生的影响进行研究。此外，专利号为“ZL201310456538.9”的一项专利利用层层自组装技术将溶菌酶和丝素蛋白组装在纤维素纳米纤维膜表面，赋予了纳米纤维膜良好的抗菌性能和细胞粘着性，并制造大鼠背部创面模型进行体内实验，证明改性后的纤维素纳米纤维膜可以明显缩短创面愈合的时间；专利号为“ZL201410423055.3”的一项专利技术介绍了一种用于促进心肌组织再生和干细胞监测的壳聚糖-丝素蛋白复合纳米纤维多功能补片的制备方法，该方法通过层层自组装技术将带正电的壳聚糖和带负电的丝素蛋白逐层交替组装到纳米纤维表面，而后将脂肪间充质干细胞和心脏祖细胞种子细胞接种于纳米纤维膜表面，拟以此作为心肌补片进行心肌修复。以上两项专利技术利用静电层层自装改性的主要目的依然只是利用纳米纤维膜的三维支架结构并将具有特定性能的聚电解质组装在纳米纤维膜的表面，以此获得相应的生物医学性能。它们同样没探讨生物膜材料表面孔尺寸、孔间隙及纳米凸起的变化对细胞爬行的影响，也并没有有意识地对纳米纤维膜的孔隙和表面纳米结构进行调控。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法，本专利技术方法简单有效，并通过表面改性使生物膜材料获得附加的性能。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法，为采用聚电解质层层自组装目标生物膜，调控生物膜表面拓扑结构；所述的生物膜表面拓扑结构包括孔隙尺寸、孔间隙和表面纳米凸起。该方法具体包括如下步骤：选取两种带有相反电荷的聚电解质，然后根据目标生物膜表面电荷选择与其带有相反电荷聚电解质首先开始进行自组装，随后组装另一种带有相反电荷聚电解质，至此为组装一个双分子层，以此类推直至获得所需层数。层层自组装的方法可为溶液浸泡法、刮涂法、旋涂法、接枝共聚、静电喷涂、电沉积、流体固定。通过反复多次交替组装后即可获得表面拓扑结构改善的组织工程膜材料。拍摄场发射扫描电子显微镜观察改性后膜材料表面形貌及孔隙的变化。最后通过在这些生物膜材料及改性后膜材料的表面进行细胞接种并培养不同的时间后进行MTT试验或CCK-8试验和扫描电镜的拍摄来评估改性后的膜材料是否拥有更好的促进细胞粘附、生长、增殖的能力。若组装的聚电解质为抗菌活性物质、生长因子、抗肿瘤药物，则对此类性能进行评估。经过以上多种试验评估组装何种层数效果最为优异。所述的聚电解质可为壳聚糖、丝素蛋白、胶原蛋白、溶菌酶、聚赖氨酸、聚丙烯氨基、聚乙烯亚胺、海藻酸钠、明胶、硫酸软骨素、硫酸肝素、硫酸葡聚糖、白蛋白、聚谷氨酸、透明质酸中的一种或者多种。所述生物膜材料可通过流延法、静电纺丝、冷冻干燥、电沉积方法、旋涂法、刮涂法、真空法、浸没沉淀相转化法制作而成，其原料可为高分子材料中的一种或多种混合。下面以利用层层自组装调节丝素蛋白膜为例介绍本专利技术方法，包括如下步骤：（1）分别制备溶菌酶和I-型胶原蛋白水溶液，浓度均为1mg/mL，缓慢搅拌直到溶质完全溶解；按照体积比1:1的比例将上述两种溶液混合得到溶菌酶和胶原蛋白混合溶液，并调节其pH值为6.3。（2）制备丝素蛋白水溶液，浓度为1mg/mL，调节其pH值为8.0。（3）以丝素蛋白膜为底板膜，采用层层自组装将带有相反电荷的溶菌酶-胶原蛋白复合物和丝素蛋白交替组装至丝素蛋白底板膜的表面，得到不同双分子层数溶菌酶-胶原蛋白/丝素蛋白复合膜。具体来说，步骤（3）中的所述的自组装过程为：将丝素蛋白膜于溶菌酶-丝素蛋白混合溶液中浸泡20分钟，再用超纯水洗涤三次，每次3分钟，至此为组装了0.5个双分子层；接着在丝素蛋白溶液中浸泡20分钟，同样用超纯水洗涤三次，至此为组装了1个双分子层；重复以上操作获得不同双分子层数的复合蛋白膜。本专利技术提供了采用层层自组装调控生物膜表面拓扑结构在促进细胞在生物膜上爬行的应用。本专利技术结合层层自组装通过调节生物膜材料表面拓扑结构，包括孔尺寸、孔间隙以及其表面纳米凸起，来促进接种在其上的细胞黏附和爬行。通过层层自组装的方法对生物膜材料进行表面改性，不仅可以通过表面沉积调节膜表面孔隙的大小，还可以使其表面粗糙化，赋予膜表面更多的纳米凸起，使其能更加促进细胞黏附、增殖和分化。虽然在生物膜材料制备过程中有很多种方法可进行其表面孔隙调节，但是这些方法仍存在一些缺陷，材料一旦成型后，孔隙基本保持原状。层层自组装改性技术简单、条件温和、成本低廉，还可通过组装不同的聚电解质赋予膜表面更多的附加性能，利用此方法对材料表面进行调控是一种方便可行的途径。本专利技术以生物膜材料为载体，通过层层自组装技术，较好地调节了膜材料表面孔隙的大小，使得较大的间隙缩小至细胞能很好迁移通过的尺寸，并使得膜表面的纳米级凸起大大增加。利用小鼠胚胎成骨前体细胞（MC3T3-E1）、人口腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法，其特征在于：所述的方法为采用聚电解质层层自组装目标生物膜，调控生物膜表面拓扑结构；所述的生物膜表面拓扑结构包括孔隙尺寸、孔间隙和表面纳米凸起。

【技术特征摘要】
1.一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法，其特征在于：所述的方法为采用聚电解质层层自组装目标生物膜，调控生物膜表面拓扑结构；所述的生物膜表面拓扑结构包括孔隙尺寸、孔间隙和表面纳米凸起。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：包括如下步骤：选取两种带有相反电荷的聚电解质，根据目标生物膜表面电荷选择与其带有相反电荷聚电解质进行自组装，随后组装另一种带有相反电荷聚电解质，至此为组装一个双分子层，以此类推直至获得所需层数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的层层自组装的方法为溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓红兵，武郭敏，施晓文，杜予民，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42