[发明专利]具有细胞黏附反差特性的单层平行纤维图案及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有细胞黏附反差特性的单层平行纤维图案及其制备方法，纤维图案包括基底和固定在基底上的单层平行排列的纤维，纤维的两端通过粘合剂固定在所述基底；所述基底的表面经过抗细胞黏附接枝试剂接枝修饰；制备方法为：(1)采用所述抗细胞黏附接枝试剂接枝修饰基底后，通过静电纺丝、干法纺丝、湿法纺丝或3D打印的方法在基底表面制备单层平行排列的纤维；(2)将粘合剂涂覆于步骤(1)制得的单层平行排列的纤维两端与基底结合的部位，通过加热固化或光照固化的方式使粘合剂交联固化。本发明制得的纤维图案能够有效排除各类“背景黏附”的干扰，为准确揭示纤维自身直径、材质、疏密排布等特征对细胞行为影响提供了有效的材料平台。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，涉及一种具有细胞黏附反差特性的单层平行纤维图案及其制备方法，具有细胞黏附反差特性的单层平行纤维图案在准确揭示纤维材料自身直径、材质、疏密排布等特征对细胞行为影响中的潜在应用。

背景技术

机体内的细胞外基质为细胞的黏附、增殖、迁移、分化、表型维持等提供了极为重要的生物和物理支撑。细胞外基质中多种重要的组份均为纤维状结构，如胶原蛋白、弹性蛋白、角蛋白等。由于纤维材料天生具有仿细胞外基质的特征，因而成为了一种重要的生物材料被加以研究和利用。开发高效生物材料离不开人们对细胞—材料相互作用规律的深刻认识。细胞—纤维材料相互作用规律的揭示无疑能为生物纤维材料的开发和利用提供重要的理论指导和参考。在各类细胞行为响应中，细胞黏附是细胞接触材料表面时最早发生的细胞事件，且细胞黏附能够对后续的细胞增殖、迁移和分化等其它细胞行为产生深远影响。因而，准确揭示纤维材料自身特征(如纤维的直径、材质、疏密排布等)对细胞黏附等行为的影响显得尤为重要。

利用经典的静电纺丝等技术，部分科学家已着手从纤维聚集体层面考察并证实了“纤维直径”、“纤维的单一取向排布”与“无规排布”等特征能够对细胞的黏附及分化行为产生明显影响。如Badami等人通过静电纺丝技术制备得到了不同直径(0.5～2μm)的聚乳酸纤维聚集体(均为无规排布)并指出此体系中的“纤维直径”能够影响MC3T3-E1细胞的黏附及后续的增殖和成骨分化行为(Biomaterials 2006,27,596-606)。随着静电纺丝技术的进一步发展以及3D打印技术的兴起，科学家们还成功制备了单一取向的纤维聚集体，并对比了“单一取向纤维聚集体”与“无规取向纤维聚集体”对细胞行为的影响差异(ACSAppl.Mater.Interfaces 2018,10,1566-1574；Colloid Surf.B-Biointerfaces 2018,171,461-467)。

然而，上述类似研究中均存在如下明显“背景黏附”的干扰：细胞透过纤维间空隙与背景基底材料的黏附干扰(如附图3中的第二列和第三列所示)、细胞跨越上下或左右方向上临近纤维间的黏附干扰(如附图3中的第三列所示)。所述“背景黏附”的干扰很可能会明显影响上述文献报道中所述纤维自身特征对细胞行为影响的研究结论，导致其难以在排除或剥离“背景黏附”干扰的情况下准确揭示相关的细胞—纤维材料相互作用规律。截至目前，未见报道在排除所述“背景黏附”(如细胞透过纤维间空隙与背景基底材料的黏附、细胞跨越上下或左右邻近多根纤维的黏附)干扰的基础上考察纤维自身的直径、材质及其疏密排布等特征对细胞黏附及其后续行为的影响，其主要原因在于缺乏有效纤维材料平台的构建。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，填补该研究领域中有效材料平台的空白，提供一种具有细胞黏附反差特性的单层平行纤维图案及其制备方法。本发明通过综合利用单分子层自组装技术(即通过抗细胞黏附接枝试剂接枝修饰基底的技术)、静电纺丝技术、干法纺丝技术、湿法纺丝技术、3D打印技术及材料粘合技术来构建所述纤维图案。本发明的具有细胞黏附反差特性的单层平行纤维图案，为准确揭示纤维材料自身直径、材质、疏密排布等特征对细胞行为影响提供了一类有效的材料平台。相关细胞—纤维材料相互作用的规律的准确揭示可进一步为生物纤维材料的开发和利用提供重要的借鉴和指导。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：