一种各向异性微趋结构材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种各向异性微趋结构材料及其制备方法与应用。该各向异性微趋结构材料包括至少一个表面上设有凸起微结构的基底，在所述基底表面上还设有抗细胞黏附界面层，在每个所述凸起微结构的所述抗细胞黏附界面层上的相同一侧还依次设有铬层、金纳米层、促细胞黏附层。本发明专利技术将抗细胞黏附的PEG分子链修饰在PDMS表面获得抗细胞黏附界面，通过倾斜蒸镀的方式在微柱的一侧沉积金纳米层，将促细胞黏附的的RGD多肽修饰到镀金表面，最终得到各向异性细胞黏附微趋结构。该结构具有诱导并改变细胞迁移的功能，对于无药物刺激影响细胞行为、研究各种细胞的迁移行为机理以及调控肿瘤细胞在生物体内扩散都具有很好的研究意义和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种各向异性微趋结构材料及其制备方法与应用
本专利技术属于生物材料
，具体涉及一种各向异性微趋结构材料及其制备方法与应用。
技术介绍
众多的研究表明当细胞与具有微纳结构的材料表面相接触时，会产生很多奇特的生物行为，这主要是由于微纳结构与细胞相接触后会使得细胞膜表面的蛋白做出响应，产生极化现象，而细胞迁移的重要因素就是细胞骨架的极化。在材料表面构筑可控诱导细胞迁移界面对于研究细胞行为以及进行生物材料移植都有着重要的意义。各向异性微结构，近几年在微纳结构领域被广泛的研究起来，由于其特殊的不对称性，在光学领域，磁学领域都有着不错的应用，而这种特殊的结构在生物领域的研究依然很少，可以设想微纳结构的不对称性在与细胞接触时也必然会引起细胞黏附的不对称性，这种不对称性所引发的细胞行为值得去研究。以往的细胞迁移表面的设计通常是构筑梯度变化的微结构阵列，或者是梯度变化的软硬基底，这种微结构所引发的细胞迁移行为的动力主要来源于表面的梯度变化，变化越大，作用力越明显，而这种梯度变化的范围是有限的，因此微结构可构筑的范围也同样有限，使其在实际应用方面受到了很大限制。
技术实现思路
针对现有技术的问题，本专利技术提供一种各向异性微趋结构的思路和设计，即微趋结构的各向异性是基于每一个微柱而不是某一区域的各向异性，而且能够在材料表面无限微趋的延展下去。本专利技术通过翻录的方式在PDMS表面构筑出一种各向异性微趋结构材料：将抗细胞黏附的PEG分子链修饰在PDMS表面获得抗细胞黏附界面，通过倾斜蒸镀的方式在微柱的一侧沉积金纳米层，将促细胞黏附的的RGD多肽修饰到镀金表面，最终得到各向异性细胞黏附微趋结构。通过SEM，AFM观察证明：本专利技术在大范围内制备了直径为1-5微米的微柱作为结构单元的有序各向异性微趋阵列，这种新颖的结构在细胞力学行为、细胞黏附上都展现出了的有趣且显著的各向异性特点。本专利技术所构筑的各向异性微趋结构具有诱导并改变细胞迁移的功能，这对于无药物刺激影响细胞行为、研究各种细胞的迁移行为机理以及调控肿瘤细胞在生物体内扩散都具有很好的研究意义和应用价值。本专利技术所设计的微结构的各向异性是基于每一个微柱的各向异性而不是某一区域，而且在材料表面可以无限微趋的延展下去，这使得细胞迁移表面可以构筑的很长，足以达到实际应用所需的长度，具有很好的实际应用潜质。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种各向异性微趋结构材料，包括至少一个表面上设有凸起微结构的基底，在所述基底表面上还设有抗细胞黏附界面层，在所有所述凸起微结构的所述抗细胞黏附界面层上的相同一侧还依次设有铬层和金纳米层。也就是说，仅在每个所述凸起微结构的所述抗细胞黏附界面层上的相同一侧还依次设有铬层、金纳米层，所述凸起微结构另一侧的表面上仅设有所述抗细胞黏附界面层；从而形成软硬不同的各向异性。进一步地，在所述金纳米层上和/或在所述抗细胞黏附界面层上还设有促细胞黏附层。和/或，进一步地，每个所述凸起微结构的表面上依次设有铬层、金纳米层的区域占每个所述凸起微结构的表面积的20-60％，更优选为50％；和/或，进一步地，每个所述凸起微结构的表面上设有所述促细胞黏附层的区域占每个所述凸起微结构的表面积的20-100％，更优选为50％。进一步地，所述基底的至少一个表面具有所述表面凸起微结构，例如可以一面或两面均具有表面凸起微结构。进一步地，所述基底材料可选自PDMS(聚二甲基硅氧烷)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、玻璃、硅片等中的一种或几种，优选为PDMS。进一步地，所述基底的厚度为500nm-5mm。和/或，进一步地，所述抗细胞黏附界面层的厚度为0.5-1nm。和/或，进一步地，所述铬层的厚度为2-10nm，优选为5nm。和/或，进一步地，所述金纳米层的厚度为10-30nm，优选为20nm。和/或，进一步地，所述促细胞黏附层的厚度为0.1-1nm。本专利技术中，所述表面凸起微结构也称为微柱。进一步地，所述表面凸起微结构的高度为1.5-2微米；和/或，所述表面凸起微结构的高度与最大宽度的比例为1:1；和/或，所述表面凸起微结构的最大宽度为1.5-2微米。进一步地，所述表面凸起微结构为圆柱形或不规则形等。进一步地，所述表面凸起微结构为圆柱形，高度为1.5-2微米，高度与直径的比例为1:1左右。进一步地，所述表面凸起微结构在基底上的间距为2-5微米；或者每平方厘米的基底上，所述表面凸起微结构的个数为(4×106)-(4×107)个。进一步地，构成所述抗细胞黏附界面层的材料为PEG(聚乙二醇)。具体地，所述抗细胞黏附界面层是由聚乙二醇甲基丙烯酸酯与异丙醇反应制得的；聚乙二醇甲基丙烯酸酯与异丙醇的质量比例优选为(6:4)-(9:1)，更优选为8:2；反应过程中还可加入适量铂金作为催化剂。在本专利技术一个具体实施方式中，将所述基底放入由聚乙二醇甲基丙烯酸酯8g和异丙醇2g制成混合溶液中，加入30μL的卡斯特铂金催化剂，室温搅拌15小时；然后使用丙酮、蒸馏水反复洗涤数次，真空干燥，即可在基底上制备出抗细胞黏附界面层。进一步地，可使用磁控溅射蒸镀法(磁控溅射蒸镀仪)先在抗细胞黏附界面层上(表面)蒸镀铬层，再在铬层上(表面)蒸镀金层。具体地，蒸镀时将抗细胞黏附界面层的基底倾斜一定角度，使每个所述凸起微结构的所述抗细胞黏附界面层上的相同一侧依次蒸镀铬层、金纳米层，而另一侧无法蒸镀，表面仅为抗细胞黏附界面层，从而形成软硬不同的各向异性。一般倾斜角度为20-80度角，常用的倾斜角度是45度角。进一步地，所述促细胞黏附层由RGD多肽(Arg-Gly-Asp，即精氨酸、甘氨酸、天门冬氨酸多肽)构成，即由RGD多肽修饰到所述金层表面，构成促细胞黏附层。在本专利技术一个较佳的实施方式中，所述基底材料为PDMS；所述表面凸起微结构为圆柱形，其高度为5微米、宽度为5微米、在基底上的间距为2-5微米；所述抗细胞黏附界面层、铬层、金纳米层、促细胞黏附层的厚度分别为1nm、5nm、20nm、1nm；所述抗细胞黏附界面层是由聚乙二醇甲基丙烯酸酯与异丙醇反应制得的；所述促细胞黏附层由RGD多肽修饰在所述金纳米层表面构成。本专利技术还提供一种如上所述的各向异性微趋结构材料的制备方法，包括如下步骤：1)将所述基底放入含硅油(即固化的液态PDMS)和无水甲醇的混合溶液中，加入适量浓硫酸溶液(例如硅油体积2％左右的浓硫酸溶液)，室温条件下磁力搅拌，处理一定时间(30分钟左右)，然后用正己烷和甲醇反复冲洗，洗净后真空干燥(一般24小时)；密封保存，备用；其中，硅油与无水甲醇的体积比为(1:2)-(3:4)，优选为3:5；2)将步骤1)处理的基底放入含聚乙二醇甲基丙烯酸酯和异丙醇的混合溶液中，加入铂金催化剂，室温搅拌(一般15小时)，在基底上制备出抗细胞黏附界面层；然后使用丙酮、蒸馏水反复洗涤数次，真空干燥；密封保存，备用；其中，聚乙二醇甲基丙烯酸酯与异丙醇的质量比例优选为(6:4)-(9:1)，更优选为8:2。3)将步骤2)处理所得基底(修饰有聚乙二醇分子链)使用磁控溅射蒸镀法(磁控溅射蒸镀仪)先在抗细胞黏附界面层上(表面)蒸镀铬层，再在铬层上(表面)蒸镀金层；具体地，蒸镀时将含抗细胞黏附界面层的基底倾斜一定角度，使所有所述凸起微结构的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种各向异性微趋结构材料，其特征在于，包括至少一个表面上设有凸起微结构的基底，在所述基底表面上还设有抗细胞黏附界面层；在所有所述凸起微结构的所述抗细胞黏附界面层上的相同一侧还依次设有铬层和金纳米层；优选地，在所述金纳米层上和/或在所述抗细胞黏附界面层上还设有促细胞黏附层；和/或，优选地，每个所述凸起微结构的表面上依次设有铬层、金纳米层的区域占每个所述凸起微结构的表面积的20‑60％，更优选为50％；和/或，优选地，每个所述凸起微结构的表面上设有所述促细胞黏附层的区域占每个所述凸起微结构的表面积的20‑100％，更优选为50％。

【技术特征摘要】
1.一种各向异性微趋结构材料，其特征在于，包括至少一个表面上设有凸起微结构的基底，在所述基底表面上还设有抗细胞黏附界面层；在所有所述凸起微结构的所述抗细胞黏附界面层上的相同一侧还依次设有铬层和金纳米层；优选地，在所述金纳米层上和/或在所述抗细胞黏附界面层上还设有促细胞黏附层；和/或，优选地，每个所述凸起微结构的表面上依次设有铬层、金纳米层的区域占每个所述凸起微结构的表面积的20-60％，更优选为50％；和/或，优选地，每个所述凸起微结构的表面上设有所述促细胞黏附层的区域占每个所述凸起微结构的表面积的20-100％，更优选为50％。2.根据权利要求1所述的各向异性微趋结构材料，其特征在于，所述基底材料选自PDMS，聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、玻璃、硅片中的一种或几种；和/或，构成所述抗细胞黏附界面层的材料为PEG，优选由聚乙二醇甲基丙烯酸酯与异丙醇反应制得的；和/或，所述促细胞黏附层由RGD多肽构成。3.根据权利要求1或2所述的各向异性微趋结构材料，其特征在于，所述基底的厚度为500nm-5mm；和/或，所述抗细胞黏附界面层的厚度为0.5-1nm；和/或，所述铬层的厚度为2-10nm，优选为5nm；和/或，所述金纳米层的厚度为10-30nm，优选为20nm；和/或，所述促细胞黏附层的厚度为0.1-1nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的各向异性微趋结构材料，其特征在于，所述表面凸起微结构的高度为1.5-2微米；和/或，所述表面凸起微结构的高度与最大宽度的比例为1:1；和/或，所述表面凸起微结构的最大宽度为1.5-2微米；和/或，所述表面凸起微结构为圆柱形或不规则形；和/或，所述表面凸起微结构在基底上的间距为2-5微米；或者每平方厘米的基底上所述表面凸起微结构的个数为(4×106)-(4×107)个。5.一种各向异性微趋结构材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂壹峰，刘思迪，李想，韩东，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京,11