專利名稱：一種低自由能表面親水修飾的細(xì)胞控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面化學(xué)、生物材料學(xué)、微制作技術(shù)、等離子體化學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域， 具體的是涉及一種低自由能表面親水修飾的細(xì)胞控制方法。
背景技術(shù)：
細(xì)胞在基質(zhì)表面上的粘附和生長強(qiáng)烈依賴于基質(zhì)表面的化學(xué)性質(zhì)，包括表面自由能和親/疏水性等。所以，通過基質(zhì)表面化學(xué)性質(zhì)的模式化修飾，可以控制細(xì)胞在基質(zhì)表面上的空間分布。此外，通過基質(zhì)表面模式形狀和大小的控制，借以控制細(xì)胞的形狀和大小， 這是本發(fā)明的主要技術(shù)特征。然而，目前文獻(xiàn)中還沒見到有相同技術(shù)特征的報(bào)道，所能見到的具有相同效果的技術(shù)，僅有哈佛大學(xué)化學(xué)系Whitesides教授實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的金表面烷硫醇鹽自組裝單層技術(shù)。其原理是，通過對(duì)烷硫醇鹽自組裝單層末端功能基團(tuán)的修飾，利用寡聚乙二醇基團(tuán)抑制蛋白質(zhì)吸附的特性，結(jié)合微制作技術(shù)，制作抑制蛋白質(zhì)吸附的背景表面， 并在其上引入支持蛋白質(zhì)吸附的帶有其他末端功能基團(tuán)如甲基的烷硫醇鹽自組裝單層小島，從而達(dá)到控制蛋白質(zhì)吸附層空間分布的效果，并進(jìn)而控制細(xì)胞空間分布和細(xì)胞形狀及大小的目的。上述兩種技術(shù)，其基本原理明顯不同。烷硫醇鹽自組裝單層技術(shù)主要利用寡聚乙二醇基團(tuán)抑制蛋白質(zhì)吸附的特性，該特性的機(jī)理目前尚不明晰，據(jù)信與表面基團(tuán)寡聚乙二醇的高密度組裝引起的空間位阻有關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，本發(fā)明提出一種新的技術(shù)方案，是利用某些材料表面自由能很低這一表面化學(xué)特性，結(jié)合利用微制作技術(shù)和等離子體表面修飾技術(shù)，在低表面自由能材料表面上引入高表面自由能區(qū)域，從而達(dá)到控制細(xì)胞在表面上的空間分布以及其形狀和大小的目的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種通過在疏水的低自由能基質(zhì)表面進(jìn)行表面化學(xué)修飾，形成親水的且具有高表面自由能的表面化學(xué)微觀模式，以控制細(xì)胞在基質(zhì)表面上的空間分布、形狀和大小的方法。本發(fā)明的另外一個(gè)目的在于將上述的方法在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域、細(xì)胞生物傳感器、生物芯片和生物微電機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，強(qiáng)疏水性的低自由能表面上，細(xì)胞通常難以粘附。所以，可以選擇許多強(qiáng)疏水性低自由能材料如聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷，它們都適用于本發(fā)明述的作為基質(zhì)進(jìn)行表面化學(xué)修飾的材料，其中，優(yōu)選聚二甲基硅氧烷 (polydimethylsiloxane，PDMS )作為低表面自由能材料的代表之一，利用表面化學(xué)、生物材料學(xué)、微制作技術(shù)、等離子體化學(xué)等學(xué)科的技術(shù)和方法，在其低自由能，不利于細(xì)胞粘附的表面上，離心涂布光刻膠，在光刻膠上復(fù)有掩模，顯影除去暴光光刻膠后，暴露出裸露的PDMS表面。通過高表面自由能圖式的引入，等離子體處理對(duì)裸露的PDMS表面進(jìn)行表面修飾，形成親水高自由能表面。再除去未暴光光刻膠，使被掩模遮掩的PDMS表面再現(xiàn)，結(jié)果在PDMS表面形成了控制細(xì)胞粘附空間定位、細(xì)胞形狀和大小的目的區(qū)域。為達(dá)到本發(fā)明目的所采取的技術(shù)步驟如圖1所示。


圖1、疏水低自由能聚二甲基硅氧烷(PDMS )表面上引入親水高自由能區(qū)域技術(shù)流程。圖2、聚二甲基硅氧烷(PDMS )經(jīng)等離子體處理后表面自由能的變化，表面自由能系通過測量水和二碘甲烷的接觸角計(jì)算得出。表面自由能于處理時(shí)間正相關(guān)。圖3、聚二甲基硅氧烷經(jīng)氧等離子體處理后表面微觀親水性的變化。圖案的顯示系以水蒸氣在表面上凝結(jié)后揮發(fā)形成。等離子體處理使得裸露聚二甲基硅氧烷(PDMS )表面變?yōu)橛H水。水滴揮發(fā)較慢，而周圍的背景區(qū)域既未經(jīng)處理區(qū)域，由于表面的疏水性，水滴很快蒸發(fā)。左圖中圓直徑50微米，右圖中正方形邊長45微米。圖4、細(xì)胞粘附空間定位的實(shí)現(xiàn)。細(xì)胞粘附的空間定位。左側(cè)為經(jīng)等離子體處理的PDMS表面，右側(cè)為同一 PDMS表面但是曝光時(shí)為光刻膠掩蓋，接種細(xì)胞后，細(xì)胞只在經(jīng)等離子體處理區(qū)域即左側(cè)粘附生長，而右側(cè)PDMS表面上細(xì)胞不能粘附。圖5、細(xì)胞形狀和大小的控制。圖中細(xì)胞呈現(xiàn)規(guī)則的排列，顯示為圓形陣列或長方形陣列。圓直徑為50微米，長方形邊長為30X70微米。雖然很多圓形上有2個(gè)細(xì)胞， 但是可以通過圓直徑的減小，使得其面積僅足以鋪展一個(gè)細(xì)胞。
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，但并非限制本發(fā)明，通過以下實(shí)施例進(jìn)一步予以說明。實(shí)施例
UPDMS表面上微觀模式的引入
所采用PDMS為美國Dow corning公司產(chǎn)品Sylgard 184。可按1:5-1: 60比例混合膠液和固化劑，然后加熱固化。PDMS表面上微觀模式的引入系通過傳統(tǒng)的光刻工藝達(dá)成。具體方案為，在PDMS表面上離心涂布一層正性抗蝕劑(正性光刻膠)(S-9912， Shipley公司出產(chǎn))，80°C烘烤25分鐘，然后通過掩模以相應(yīng)光源(200W高壓汞燈照射90秒)曝光，并以2 %四甲基氫氧化餒水溶液顯影除去曝光光刻膠，即可在PDMS表面上形成未曝光光刻膠的模式化包被層。曝光光刻膠顯影除去后，暴露出裸露的PDMS表面。2、等離子體表面修飾
等離子體具有很高的能量和反應(yīng)活性，可與裸露PDMS表面反應(yīng)，結(jié)果表現(xiàn)為親水性的高自由能區(qū)域。等離子體強(qiáng)度和作用時(shí)間可自行選擇，修飾結(jié)果與這兩個(gè)參數(shù)均相關(guān)。3、細(xì)胞粘附的空間定位
部分區(qū)域等離子體處理的PDMS采用75 %或無水乙醇浸泡消毒，按照常規(guī)培養(yǎng)技術(shù)接種牛關(guān)節(jié)軟骨細(xì)胞并進(jìn)行培養(yǎng)。4、細(xì)胞形狀和大小的控制
通過制作具有和細(xì)胞尺度相似的掩模圖形，按照上述流程，即可控制細(xì)胞的形狀和大小。
權(quán)利要求
1.一種低自由能表面親水修飾的細(xì)胞控制方法，其特征在于采用一種表面具有疏水性低自由能的材料，在其表面離心涂布光刻膠；在光刻膠上覆蓋掩模，暴光，顯影除去暴光光刻膠；暴露出裸露的基質(zhì)表面，通過高表面自由能圖式的引入，對(duì)裸露面進(jìn)行表面修飾， 形成親水高自由能表面；再除去被掩模遮掩未暴光光刻膠，結(jié)果表面形成了控制細(xì)胞粘附空間區(qū)域定位、細(xì)胞形狀和大小的一種方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低自由能表面親水修飾的細(xì)胞控制方法，其中所述的一種表面具有疏水性低自由能的材料可以是聚四氟乙烯或聚二甲基硅氧烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低自由能表面親水修飾的細(xì)胞控制方法，其特征在于其中所述的高表面自由能圖式引入的能源包括等離子體、離子束、準(zhǔn)分子激光、電子束或X 光。
全文摘要
本發(fā)明為匯集表面化學(xué)、生物材料學(xué)、微制作技術(shù)、等離子體化學(xué)等交叉學(xué)科領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)明。具體地說，通過在疏水的低自由能表面上進(jìn)行表面化學(xué)的修飾，形成親水的且具有高表面自由能的表面化學(xué)微觀模式，從而控制細(xì)胞在基質(zhì)表面上的空間分布、形狀和大小，在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域如組織工程、細(xì)胞的生物傳感器、生物芯片和生物微機(jī)電系統(tǒng)(BioMEMs)中有廣泛的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C12N11/08GK102477420SQ201010553600
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者杜沖 申請人:大連創(chuàng)達(dá)技術(shù)交易市場有限公司