[发明专利]一种低自由能表面亲水修饰的细胞控制方法

说明书

技术领域

本发明属于表面化学、生物材料学、微制作技术、等离子体化学等交叉学科领域，具体的是涉及一种低自由能表面亲水修饰的细胞控制方法。

背景技术

细胞在基质表面上的粘附和生长强烈依赖于基质表面的化学性质，包括表面自由能和亲／疏水性等。所以，通过基质表面化学性质的模式化修饰，可以控制细胞在基质表面上的空间分布。此外，通过基质表面模式形状和大小的控制，借以控制细胞的形状和大小，这是本发明的主要技术特征。然而，目前文献中还没见到有相同技术特征的报道，所能见到的具有相同效果的技术，仅有哈佛大学化学系Whitesides 教授实验室发展的金表面烷硫醇盐自组装单层技术。其原理是，通过对烷硫醇盐自组装单层末端功能基团的修饰，利用寡聚乙二醇基团抑制蛋白质吸附的特性，结合微制作技术，制作抑制蛋白质吸附的背景表面，并在其上引入支持蛋白质吸附的带有其他末端功能基团如甲基的烷硫醇盐自组装单层小岛，从而达到控制蛋白质吸附层空间分布的效果，并进而控制细胞空间分布和细胞形状及大小的目的。

上述两种技术，其基本原理明显不同。烷硫醇盐自组装单层技术主要利用寡聚乙二醇基团抑制蛋白质吸附的特性，该特性的机理目前尚不明晰，据信与表面基团寡聚乙二醇的高密度组装引起的空间位阻有关。

发明内容

本发明针对上述现有技术的发展现状，本发明提出一种新的技术方案，是利用某些材料表面自由能很低这一表面化学特性，结合利用微制作技术和等离子体表面修饰技术，在低表面自由能材料表面上引入高表面自由能区域，从而达到控制细胞在表面上的空间分布以及其形状和大小的目的。

发明内容本发明的目的在于提供一种通过在疏水的低自由能基质表面进行表面化学修饰，形成亲水的且具有高表面自由能的表面化学微观模式，以控制细胞在基质表面上的空间分布、形状和大小的方法。本发明的另外一个目的在于将上述的方法在生物医学工程领域、细胞生物传感器、生物芯片和生物微电机系统中应用。

本发明通过实验证实，强疏水性的低自由能表面上，细胞通常难以粘附。所以，可以选择许多强疏水性低自由能材料如聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷，它们都适用于本发明述的作为基质进行表面化学修饰的材料，其中，优选聚二甲基硅氧烷（polydimethylsiloxane , PDMS ）作为低表面自由能材料的代表之一，利用表面化学、生物材料学、微制作技术、等离子体化学等学科的技术和方法，在其低自由能，不利于细胞粘附的表面上，离心涂布光刻胶，在光刻胶上复有掩模，显影除去暴光光刻胶后，暴露出裸露的 PDMS 表面。通过高表面自由能图式的引入，等离子体处理对裸露的 PDMS 表面进行表面修饰，形成亲水高自由能表面。再除去未暴光光刻胶，使被掩模遮掩的 PDMS 表面再现，结果在 PDMS 表面形成了控制细胞粘附空间定位、细胞形状和大小的目的区域。为达到本发明目的所采取的技术步骤如图 1 所示。

附图说明

图 1 、疏水低自由能聚二甲基硅氧烷（ PDMS ）表面上引入亲水高自由能区域技术流程。

图 2 、聚二甲基硅氧烷（ PDMS ）经等离子体处理后表面自由能的变化，表面自由能系通过测量水和二碘甲烷的接触角计算得出。表面自由能于处理时间正相关。

图 3 、聚二甲基硅氧烷经氧等离子体处理后表面微观亲水性的变化。图案的显示系以水蒸气在表面上凝结后挥发形成。等离子体处理使得裸露聚二甲基硅氧烷（ PDMS ）表面变为亲水。水滴挥发较慢，而周围的背景区域既未经处理区域，由于表面的疏水性，水滴很快蒸发。左图中圆直径 50 微米，右图中正方形边长 45 微米。

图 4 、细胞粘附空间定位的实现。细胞粘附的空间定位。左侧为经等离子体处理的 PDMS 表面，右侧为同一 PDMS 表面但是曝光时为光刻胶掩盖，接种细胞后，细胞只在经等离子体处理区域即左侧粘附生长，而右侧 PDMS 表面上细胞不能粘附。

图 5 、细胞形状和大小的控制。图中细胞呈现规则的排列，显示为圆形阵列或长方形阵列。圆直径为 50 微米，长方形边长为 3O×70 微米。虽然很多圆形上有 2 个细胞，但是可以通过圆直径的减小，使得其面积仅足以铺展一个细胞。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，但并非限制本发明，通过以下实施例进一步予以说明。

实施例：

1、PDMS 表面上微观模式的引入