一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法技术

本发明专利技术公开了一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法，通过激光作用后的PDMS表面会形成微结构，为细胞附着生长提供了一个良好的环境；或通过激光作用后的PDMS表面发生化学改性或结构改性，从而提高生物附着性；所述微结构可以固定蛋白质、细胞生长因子、酶及核酸；激光器产生高能脉冲激光光束，所述高能脉冲激光光束经过反射镜后，通过凸透镜进行聚焦至PDMS表面，在所述高能脉冲激光光束辐射带来的高能量和冲击力作用下，PDMS表面发生光热作用和光化作用，并瞬间汽化或迸溅，从而在PDMS表面形成微结构。本发明专利技术利用激光作用材料表面改性或形成表面微结构，在不影响非修饰区域表面的情况下，简化PDMS表面改性步骤，图案化PDMS表面，大大提高制备效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提高PDMS表面的生物附着性技术，尤其涉及一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法，属于激光表面改性领域。
技术介绍
PDMS(聚二甲基硅氧烷)，具有良好的易注塑成形性、生物兼容性、透光性、透气性、热稳定性和无毒等特性，不但用于加工常规的微流控芯片，也逐渐用作空间细胞培养芯片的结构材料。但是，未经改性处理的PDMS易非特异性吸附蛋白质或小疏水性分子，不利于细胞的粘附和增殖。所以需要对PDMS进行表面改性，才能更好的被用作细胞表面附着培养和细胞增殖的研究。目前，生物分子修饰是PDMS表面改性的一种手段。材料表面的生物分子修饰是指在分子生物学的基础上，利用各种表面修饰方法将蛋白质、细胞生长因子、酶及核酸等生物分子固定在特定材料的表面，构建所需的分子生物材料，特异性地识别并检测相应的分子。生物分子修饰的材料在提高材料的生物相容性的同时，又添加了新的生物活性，具有广泛的应用前景。PDMS生物分子修饰的表面改性方法主要是通过物理吸附、表面活化和化学接枝改性以及两者相结合的方法来实现的。物理吸附包括非离子表面活性剂、聚电解质吸附等；表面活化法包括等离子体处理、紫外臭氧辐射、化学气相沉积和层层自组装等，化学接枝改性主要包括等离子体接枝、紫外表面引发聚合、本体化学接枝改性、硅烷化、硅氢加成、生物活性分子修饰等。物理吸附：物理吸附或涂层是较为简单方便的表面改性方法之一，它一般是通过分子间的氢键、离子电荷等作用将具有生物相容性的聚合物或共聚物吸附在材料表面，从而改善材料表面的生物相容性。如PDMS表面吸附带有大量阳离子的PLL(聚赖氨酸)，可以有效地促进表面带有正电荷的哺乳动物细胞黏附和生长。表面活化：通过等离子处理，紫外臭氧辐射等使PDMS表面产生羟基、羧基、氨基等反应性基团，表面含有羟基可以通过磺酰氯法、二酰亚氨法和二异氰酸酯法活化，然后将蛋白固定。表面羧基的活化可以通过羟基丁二酰亚胺和碳化二亚胺等进行。表面氨基可以通过含双官能团的偶联剂如二异氰酸酯、二元醛、环氧树脂等与蛋白偶联。从而到达促进细胞粘附生长的目的。Kim等人先通过UV照射的方法处理PDMS表面，然后将多聚D-赖氨酸(Poly-D-Lysin)涂层固定在其表面之上，细胞实验结果表明，改性后的表面有利于间叶干细胞的神经元细胞的分化与增殖。如图2所示，化学接枝改性：等离子体接枝和紫外表面引发聚合都是经过等离子体或紫外辐射进行表面活化,再进一步进行接枝所需要具有改性功能的聚合物。Tatsuro等人以苯丙酮为光学引发剂，用紫外光照射PDMS表面，使其活化，进而引发2-甲基-丙烯酰氧乙基磷脂酰胆碱(MPC)在表面的聚合，形成刷状结构，如图1。研究表明，增加光照时间和单体浓度可以控制聚合物的接枝密度。改性后的表面显示出很好的抗蛋白吸附和细胞黏附的性能。本体化学接枝改性是通过化学反应，在PDMS本体里引入特定的基团或聚合物，即PDMS固化时在PDMS预聚物和固化剂中加入其他的单体或者化合物进行共聚，从而在表面形成特定的功能基团或改变表面特性。表面硅烷化可以在含羟基的各种材料表面进行，这是因为羟基可以和硅氧烷在表面上形成Si-O-Si键。用氨基、硫醇、羟基终止的硅氧烷与表面的硅烷化反应，将各种功能基团带入表面，从而引发表面接枝聚合。生物活性分子修饰，通过吸附、离子键或者共价键等方式在PDMS表面接枝具有良好生物相容性的活性分子，可以有效地改善材料的生物相容性。一般常用的生物活性分子包括肝素(Heparin)、氨基酸、磷脂等。施鏐佳等人比较了在PDMS表面自聚合聚多巴胺(PDA-PDMS)、涂覆聚赖氨酸(PLL-PDMS)、包被胶原蛋白I型(COL-PDMS)和氧等离子体处理(ox-PDMS)四种处理方法的MG-63细胞的粘附效果。处理过的PDMS表面均能较好地黏附和铺展，如图3所示。细胞图案化技术。细胞图案化最重要的应用就是研究细胞图案化后其生物特性和基础机制，在二维表面控制细胞的大小、形状和空间排列，为细胞生物学研究提供了新的工具。其根本是将细胞限定在特定形状的图案上，在这个过程当中，如何让细胞粘附在该图案上并且良好的铺展是这种技术的主要难点。这种技术主要包括两种方法，一种是通过表面修饰的方法构建一层能够让细胞粘附的有图案的区域，其他部分通过表面修饰让细胞不容易粘附，最终让细胞选择性的粘附在设计的图案上；第二种是给细胞提供一层能够粘附的图案化的物理阻隔层，该物理阻隔层能够让细胞粘附后再取走，同时又不让细胞受到损伤。常规的细胞图案化方法主要有光刻法，软刻蚀法，以及喷墨打印等其他一些方法。干锦波等人以PDMS(聚二甲基硅氧烷)为基材,通过硅氢加成反应在其表面接枝PEG(烯丙基聚乙二醇),利用紫外光刻蚀技术在上述表面(PEG-PDMS)制备出化学组分异质的图案化表面拓扑结构。即曝光区域的PEG被高能量的准分子紫外光刻蚀除去并暴露出底层的基材,而未曝光部分的则得以保留,从而实现细胞图案化分布，如图4和图5所示。需要注意的是，PEG对细胞粘附和蛋白质吸附具有排斥作用，而曝光去除PEG后暴露基材表面(PDMS)，并且暴露的基材表面经过紫外光的高能光子进一步刻蚀，使其细胞能够在曝光区域生长，而无法在未曝光区域附着生长，实现细胞图案化。李宙等人通过软刻蚀技术制作出具有图案结构的弹性印章，如图6，并将图案区域经过氧等离子处理，再进行涂覆PEI(聚赖氨酸),从而使细胞能够沿着涂覆了PEI的图案进行附着生长。在生物表面修饰方面，上述技术主要以等离子处理、紫外光辐射、化学接枝改性等化学手段改性为主，具有一定的洁净空间需求，且均需要与PDMS表面接触进行相关的复杂化学反应，容易破坏PDMS非修饰区域的表面化学结构性质。在图案化技术方面，光刻技术对室内条件要求极高，并且所使用的设备昂贵。在光刻之前需要对整片PDMS表面进行相关化学改性，同时光刻过程中用到的具有图案结构的掩膜，以及控制光的衍射影响，这都导致了图案制作周期长，工艺复杂的特点。软刻蚀技术源自于光刻技术，在这个基础上，又利用到了弹性印章，所以叫做软刻蚀技术。软刻蚀其本质是，利用昂贵的光刻设备和掩模等制备出我们需要的微图案，之后通过中间介质的作用，进行简单并且精确的复制和转移，用于提高微加工的效率，降低加工成本。但其制作周期长，需要具有图案的掩膜，以及光刻后的硅板作为模板，浇注PDMS，再进行脱模，最后还要进行相关的表面改性处理，工艺十分复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法，具体为利用激光作用材料表面改性或形成表面微结构，在不影响非修饰区域表面结构或化学性质的情况下，简化PDMS表面改性步骤，图案化PDMS表面，大大提高制备效率。本专利技术所采用的技术方案：一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法，通过激光作用后的PDMS表面会形成微结构，为细胞附着生长提供了一个良好的环境；或通过激光作用后的PDMS表面发生化学改性或结构改性，从而提高生物附着性。优选的，所述微结构可以固定蛋白质、细胞生长因子、酶及核酸。优选的，激光器产生高能脉冲激光光束，所述高能脉冲激光光束经过反射镜后，通过凸透镜进行聚焦至PDMS表面，在所述高能脉冲激光光束辐射带来的高能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法，其特征在于：通过激光作用后的PDMS表面会形成微结构，为细胞附着生长提供了一个良好的环境；或通过激光作用后的PDMS表面发生化学改性或结构改性，从而提高生物附着性。

【技术特征摘要】
1.一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法，其特征在于：通过激光作用后的PDMS表面会形成微结构，为细胞附着生长提供了一个良好的环境；或通过激光作用后的PDMS表面发生化学改性或结构改性，从而提高生物附着性。2.根据权利要求1所述的一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法，其特征在于：所述微结构可以固定蛋白质、细胞生长因子、酶及核酸。3.根据权利要求1所述的一种激光图案化PDMS表面快速提高生物附着性的方法，其特征在于：激光器产生高能脉冲激光光束，所述高能脉冲激光光束经过反射镜后，通过凸透镜进行聚焦至PDMS表面，在所述高能脉冲激光光束辐射带来的高能量和冲击力作用下，PDMS表面发生光热作用和光化作用，并瞬间汽化或迸溅，从而在PDMS表面形成微结构。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钟宁，洪文生，邓宇，张永康，黄志刚，麦文豪，江树镇，刘桂贤，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44