一種可見光高透過率的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于組織工程領(lǐng)域，特別涉及一種可見光高透過率的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜及其應(yīng)用。一種光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜，其制備方法包括如下步驟：（1）光響應(yīng)納米顆粒均勻分散于水中形成質(zhì)量分數(shù)為10~20%的納米顆粒分散液；將所述納米顆粒分散液與醇和有機溶劑按：0.02~0.06:6~9:1~3的比例配成前驅(qū)體溶液；（2）將所述前驅(qū)體溶液按20~52μL/cm2的濃度均勻滴加到聚苯乙烯培養(yǎng)器皿上，然后在40~90℃的溫度下干燥，干燥后即可獲得晶粒尺寸為10~30nm，厚度為20nm～100nm，可見光透過率為89%~98%的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有細胞脫離效率高、對細胞損傷小、操作簡便、適用細胞范圍廣等特點，具有很強的實用性。
【專利說明】一種可見光高透過率的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于組織工程領(lǐng)域，特別涉及一種可見光高透過率的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜 及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 細胞培養(yǎng)（in vitro cell culture)是生物相關(guān)領(lǐng)域研究必不可少的技術(shù)。在體 外細胞培養(yǎng)過程中如何減少操作過程中對細胞行為的不利影響因素，使細胞較好的粘附生 在，從細胞水平上體現(xiàn)對藥物或材料的響應(yīng)，這些直接影響新藥物與新型醫(yī)用材料的研發(fā)。
[0003] 大多數(shù)體外培養(yǎng)的細胞為貼壁細胞。目前常用的細胞培養(yǎng)器皿材料為聚苯乙烯， 貼壁細胞通過細胞外基質(zhì)（ECM)蛋白與基板作用從而粘附在聚苯乙烯細胞培養(yǎng)器皿表面。 相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，基底材料表面的宏觀親疏水特性和表面帶電性質(zhì)對細胞外基質(zhì)蛋白在基板 上的吸附有著非常重要的影響。細胞外基質(zhì)蛋白通常容易吸附在較為疏水或帶正電的基板 表面，，而不易于吸附在親水或帶大量負電的基板上。在進行大多數(shù)細胞相關(guān)實驗時需要將 細胞從培養(yǎng)基板表面上脫離下來?，F(xiàn)有常規(guī)的方式是采用以胰酶為代表的消化酶將連接細 胞與培養(yǎng)基板的細胞外基質(zhì)蛋白消化掉，從而使細胞脫離培養(yǎng)基板表面。然而，這種方式中 胰酶的用量和作用時間則需要較為精確的控制，否則可能同時將細胞膜消化，從而損傷細 胞。而且，由于ECM上存在大量信號通道且具有一定的生物學功能，因此消化掉部分ECM的 細胞可能無法否完整、可靠地反映出所要表征的效應(yīng)。
[0004] 近年來，采用溫敏聚合物異丙基丙烯酰胺利用其親疏水性可隨溫度變化的特性成 功地通過溫度變化實現(xiàn)了細胞從細胞培養(yǎng)器皿上可控脫離[N. Matsuda，T. Shimizu，M. Yamato， T. Okano， Tissue Engineering Based on Cell Sheet Technology, Advanced Materials，2007，19，3089 - 3099]。但是，改變溫度會影響細胞的活性，且操作過程復 雜，所需要的操作時間也比較長。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種可見光高透過率的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜，使用其進行細胞培養(yǎng)可 以方便、快速、安全的使細胞從培養(yǎng)基板上脫離。
[0006] 本發(fā)明還提供一種利用所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜制成的細胞培養(yǎng)器皿。
[0007] 本發(fā)明還提供所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜在細胞培養(yǎng)方面的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是： 一種光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜，其制備方法包括如下步驟：（1)光響應(yīng)納米顆粒均勻分散 于水中形成質(zhì)量分數(shù)為1〇~20%的納米顆粒分散液；將所述納米顆粒分散液與醇和有機溶 劑按：0.02?0.06 :6?9:l?3的比例配成前驅(qū)體溶液；（2)將所述前驅(qū)體溶液按2(Γ52μL/cm 2 的濃度均勻滴加到聚苯乙烯培養(yǎng)器皿上，然后在4(T90°C的溫度下干燥，干燥后即可獲得晶 粒尺寸為l(T30nm，厚度為20nm?100nm，可見光透過率為899Γ98%的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄 膜。
[0009] 本發(fā)明中，利用細胞外基質(zhì)蛋白細胞易于吸附與帶正電的基板表面而不易于吸附 在帶較大負電的表面等特性，選擇在光照射下表面電性轉(zhuǎn)變的光響應(yīng)材料，并在細胞培養(yǎng) 器皿的細胞接觸表面形成高光透過率的光響應(yīng)納米材料薄膜作為細胞培養(yǎng)表面。所培養(yǎng)的 細胞在經(jīng)光照射后，表面帶電性質(zhì)發(fā)生變化，細胞外基質(zhì)蛋白自發(fā)從培養(yǎng)器皿表面脫離，從 而引起細胞脫附。
[0010] 作為優(yōu)選，所述光響應(yīng)納米顆粒為納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氮化鎵、納米氧 化鋯或納米氧化鐵。即，所述光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜為納米顆粒為納米氧化鈦、納米氧化鋅、 納米氮化鎵、納米氧化鋯或納米氧化鐵薄膜。
[0011] 作為優(yōu)選，所述醇為甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
[0012] 作為優(yōu)選，所述有機溶劑是四氫呋喃、三氯甲烷或二氯甲烷。
[0013] 一種利用述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜制成的細胞培養(yǎng)器皿。一般，將本發(fā)明所述的 光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜制備于細胞培養(yǎng)器皿內(nèi)即可。
[0014] 一種所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜在細胞培養(yǎng)方面的應(yīng)用，將所述的光響應(yīng)納米結(jié) 構(gòu)薄膜置于細胞培養(yǎng)器皿與細胞接觸的表面上，在光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜上進行體外細胞培 養(yǎng)；在體外細胞培養(yǎng)完成后，通過紫外光或可見光照射處理使生長于所述光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu) 薄膜表面的細胞從所述細胞培養(yǎng)器皿上脫附下來。在所述細胞培養(yǎng)器皿的細胞培養(yǎng)表面上 進行并完成體外細胞培養(yǎng)后，通過從底部射入36(T450nm的光照射處理，所述光響應(yīng)納米 結(jié)構(gòu)薄膜具有光至表面電荷變化性能，能使生長于所述細胞培養(yǎng)表面的細胞從所述細胞培 養(yǎng)器皿表面脫附。
[0015] 該方法可最大程度減小在細胞脫附時對細胞的損傷。該方法中所使用的細胞培養(yǎng) 器皿包括：細胞培養(yǎng)器皿，并在所述細胞培養(yǎng)器皿的細胞接觸表面上制備有光敏半導體結(jié) 構(gòu)層作為細胞培養(yǎng)表面。該器皿只需對現(xiàn)有技術(shù)中進行很小的改進即可實現(xiàn)，成本低，易于 推廣應(yīng)用。
[0016] 作為優(yōu)選，光照射處理采用的光波長為36(T450nm。
[0017] 作為優(yōu)選，光照射處理的照射時間為1(Γ30分鐘。
[0018] 本發(fā)明中：所述細胞為在體外模擬生理環(huán)境下培養(yǎng)的貼壁細胞，所述細胞培養(yǎng)器 皿為聚苯乙烯細胞培養(yǎng)器皿，可從市場購得。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有細胞脫離效率高、對細胞損傷小、操作簡便、適 用細胞范圍廣等特點，具有很強的實用性。本發(fā)明細胞培養(yǎng)器皿只需對現(xiàn)有技術(shù)中的細胞 培養(yǎng)器皿進行很小的改進，成本低，易于實現(xiàn)，便于推廣應(yīng)用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為采用倒置生物顯微鏡觀察實施例1中培養(yǎng)細胞在紫外光照前的倒置顯微 圖； 圖2為采用倒置生物顯微鏡觀察實施例1中培養(yǎng)細胞在紫外光照后的倒置顯微圖； 圖3為細胞計數(shù)法得到的實施例1和對照組中的脫離的細胞的數(shù)量對比圖。

【具體實施方式】
[0021] 下面通過具體實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的具體說明。應(yīng)當理解，本發(fā) 明的實施并不局限于下面的實施例，對本發(fā)明所做的任何形式上的變通和/或改變都將落 入本發(fā)明保護范圍。
[0022] 在本發(fā)明中，若非特指，所有的份、百分比均為重量單位，所采用的設(shè)備和原料等 均可從市場購得或是本領(lǐng)域常用的。下述實施例中的方法，如無特別說明，均為本領(lǐng)域的常 規(guī)方法。
[0023] 檢測細胞脫離數(shù)量采用的是細胞計數(shù)法。
[0024] 檢測可見光透過率用的是分光光度計，檢測波段為80(T350nm。
[0025] 實施例1 : 將尺寸為l〇nm的納米氧化鈦粉末均勻分散于水中形成質(zhì)量分數(shù)為10%的納米顆粒 分散液；將所述納米顆粒分散液與乙醇和有機溶劑四氫呋喃按：〇. 02:6:1的比例配成前驅(qū) 體溶液；將所述前驅(qū)體溶液按20 μ L/cm2的濃度均勻滴加到聚苯乙烯培養(yǎng)器皿上，然后在 40°C的溫度下干燥，干燥后即可獲得晶粒尺寸為10nm，厚度為20nm的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄 膜，可見光透過率為98%。將細胞在該培養(yǎng)皿表面培養(yǎng)24小時后，通過從底部射入360nm的 光照射處理，10分鐘后細胞脫離率達到90. 5%。
[0026] 采用倒置生物顯微鏡觀察在紫外光照前和光照后的培養(yǎng)細胞，倒置顯微圖見圖1 和圖2 ;細胞計數(shù)法得到的本實施例和對照組中的脫離的細胞的數(shù)量對比見圖3。
[0027] 實施例2 : 將尺寸為30nm的納米氮化鎵粉末均勻分散于水中形成質(zhì)量分數(shù)為20%的納米顆粒分 散液；將所述納米顆粒分散液與丙醇和有機溶劑三氯甲烷按：0.06: 9: 3的比例配成前 驅(qū)體溶液；將所述前驅(qū)體溶液按52 μ L/cm2的濃度均勻滴加到聚苯乙烯培養(yǎng)器皿上，然后在 90°C的溫度下干燥，干燥后即可獲得晶粒尺寸為30nm，厚度為lOOnm的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄 膜，可見光透過率為89%。。將細胞在該培養(yǎng)皿表面培養(yǎng)24小時后，通過從底部射入450nm 的光照射處理，30分鐘后細胞脫離率達到92. 6%。
[0028] 實施例3 : 將尺寸為20nm的納米氧化鋅粉末均勻分散于水中形成質(zhì)量分數(shù)為15%的納米顆粒 分散液；將所述納米顆粒分散液與甲醇和有機溶劑二氯甲烷按：〇. 04:8:2的比例配成前驅(qū) 體溶液；將所述前驅(qū)體溶液按40 μ L/cm2的濃度均勻滴加到聚苯乙烯培養(yǎng)器皿上，然后在 70°C的溫度下干燥，干燥后即可獲得晶粒尺寸為20nm，厚度為60nm的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄 膜，可見光透過率為93%。將細胞在該培養(yǎng)皿表面培養(yǎng)24小時后，通過從底部射入400nm的 光照射處理，20分鐘后細胞脫離率達到89. 6%。
[0029] 實施例4 : 將尺寸為l〇nm的納米氧化鋯粉末均勻分散于水中形成質(zhì)量分數(shù)為10%的納米顆粒分 散液；將所述納米顆粒分散液與丁醇和有機溶劑四氫呋喃按：〇. 02: 9:1的比例配成前驅(qū) 體溶液；將所述前驅(qū)體溶液按52 μ L/cm2的濃度均勻滴加到聚苯乙烯培養(yǎng)器皿上，然后在 60°C的溫度下干燥，干燥后即可獲得晶粒尺寸為10nm，厚度為65nm的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄 膜，可見光透過率為95%。將細胞在該培養(yǎng)皿表面培養(yǎng)24小時后，通過從底部射入380nm的 光照射處理，15分鐘后細胞脫離率達到90. 7%。
[0030] 實施例5 : 將尺寸為30nm的納米氧化鐵粉末均勻分散于水中形成質(zhì)量分數(shù)為20%的納米顆粒分 散液；將所述納米顆粒分散液與乙醇和有機溶劑三氯甲烷按：0. 06:7: f 3的比例配成前 驅(qū)體溶液；將所述前驅(qū)體溶液按25 μ L/cm2的濃度均勻滴加到聚苯乙烯培養(yǎng)器皿上，然后 在90°C的溫度下干燥，干燥后即可獲得晶粒尺寸為30nm，厚度為25nm的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄 膜，可見光透過率為96%。將細胞在該培養(yǎng)皿表面培養(yǎng)24小時后，通過從底部射入430nm的 光照射處理，25分鐘后細胞脫離率達到91. 2%。
[0031] 以上所述的實施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對本發(fā)明作任何形式上的 限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
【權(quán)利要求】
1. 一種可見光高透過率的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜，其特征在于其制備方法包括如下步 驟： (1) 光響應(yīng)納米顆粒均勻分散于水中形成質(zhì)量分數(shù)為ΚΓ20%的納米顆粒分散液；將所 述納米顆粒分散液與醇和有機溶劑按：〇. 02~0. 06:6~9:1~3的比例配成前驅(qū)體溶液； (2) 將所述前驅(qū)體溶液按2(Γ52 μ L/cm2的濃度均勻滴加到聚苯乙烯培養(yǎng)器皿上，然后 在4(T90°C的溫度下干燥，干燥后即可獲得晶粒尺寸為l(T30nm，厚度為20nm?lOOnm，可見 光透過率為899Γ98%的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜，其特征在于：所述光響應(yīng)納米顆粒為 納米氧化鈦、納米氧化鋅、納米氮化鎵、納米氧化锫或納米氧化鐵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜，其特征在于：所述醇為甲醇、乙醇、丙 醇或丁醇。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜，其特征在于：所述有機溶劑是四氫呋 喃、三氯甲烷或二氯甲烷。
5. -種利用權(quán)利要求1所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜制成的細胞培養(yǎng)器皿。
6. -種權(quán)利要求1所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜在細胞培養(yǎng)方面的應(yīng)用，其特征在于： 將所述的光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜置于細胞培養(yǎng)器皿與細胞接觸的表面上，在光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu) 薄膜上進行體外細胞培養(yǎng)；在體外細胞培養(yǎng)完成后，通過紫外光或可見光照射處理使生長 于所述光響應(yīng)納米結(jié)構(gòu)薄膜表面的細胞從所述細胞培養(yǎng)器皿上脫附下來。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于：光照射處理采用的光波長為36(T450nm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的應(yīng)用，其特征在于：光照射處理的照射時間為1(Γ30分 鐘。
【文檔編號】C23C24/00GK104087928SQ201310726068
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】周婧, 王耀捐 申請人:周婧