本文關(guān)鍵詞：生物材料與細(xì)胞相互作用及表面修飾，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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持和改進(jìn)人體組織功能的一門新興交叉學(xué)科 。其基本策略是在體外模擬生理環(huán)境 , 將組織細(xì)胞 黏附在生物相容性良好且可降解吸收的多孔支架材料上 ,并提供營養(yǎng)使之?dāng)U增 ,形成細(xì)胞與支架復(fù) 合物 ,然后將復(fù)合物植入機(jī)體內(nèi) 。隨著支架材料逐步降解 ,細(xì)胞不斷增殖并分泌細(xì)胞外基質(zhì) ,最終 形成與原來功能 、 形態(tài)相對應(yīng)的組織 ,達(dá)到修復(fù)創(chuàng)傷和重建功能的目的 。 隨著分子細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展 ,第

三代生物材料 ( 細(xì)胞和/ 或基因活化生物材料) 的設(shè)計(jì)理念已逐 漸清晰 ,即從分子水平上控制生物材料與細(xì)胞間的相互作用 ,引發(fā)特異性細(xì)胞反應(yīng) ,抑制非特異性 反應(yīng) ,實(shí)現(xiàn)細(xì)胞黏附 、 、 、 增殖 分化 凋亡及細(xì)胞外基質(zhì)的重建 。細(xì)胞與生物材料間的反應(yīng)和材料表 面性能有密切關(guān)系 ,所以深入研究仿生工程化生物材料表面與細(xì)胞間的相互作用是設(shè)計(jì)和改進(jìn)第 [3 ] 三代生物材料的關(guān)鍵 。表面修飾生物材料 ,使其具備良好的生物相容性及能使細(xì)胞和分子產(chǎn)生
葛泉波 　 ,24 歲 ,碩士生 ,現(xiàn)從事組織工程材料研究 。 　3 聯(lián)系人 男 國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項(xiàng)目 ( G1999054305)
2003212230 收稿 ,2004205218 接受
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生物材料與細(xì)胞相互作用及表面修飾
葛泉波 　何淑蘭 　毛津淑 　姚康德
( 天津大學(xué)材料學(xué)院高分子材料研究所 　 天津 　 300072)

摘　 　 要 生物材料用作人工細(xì)胞外基質(zhì) ( ECMs) 在組織工程中起重要作用 。生物材料表面的拓?fù)?br />
結(jié)構(gòu) 、 / 疏水平衡 、 親水 自由能 、 電荷狀況 、 化學(xué)基團(tuán)和生物特異性識(shí)別對材料/ 細(xì)胞相互作用有較大影 響 。生物材料表面與細(xì)胞的相互作用主要是細(xì)胞膜表面受體與生物材料表面配體間的相互分子識(shí)別 , 因此采用仿生修飾生物材料表面以提高細(xì)胞親和性和特異性識(shí)別 。本文對生物材料與細(xì)胞相互作用及 表面修飾的技術(shù)方法進(jìn)行了介紹 。 關(guān)鍵詞 　 組織工程 , 生物材料 , 細(xì)胞 , 表面修飾

The Interaction bet ween Biomaterials and Cells and Surface Modification of Biomaterials

Ge Quanbo , He Shulan , Mao Jinshu , Yao Kangde

( Research Institute of Polymeric Materials , Tianjin University , Tianjin 300072 , China)

Abstract 　Biomaterials as artificial extracellular matrices ( ECMs ) have played a crucial role in tissue

Biomaterials2cells interaction is mainly the molecule recognition between receptors of cells and ligands of biomaterials surface. For the purpose of enhancing cells affinity and specificity recognition , biomimetic modification of biomaterials surface is essential. This paper introduces the interaction between biomaterials and cells and several surface Key words 　 Tissue engineering , Biomaterials , Cell , Surface modification modification methods for biomaterials.
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engineering. T opological structure , hydrophilicΠ hydrophobic balance , free energy , charges , functional groups and biologic specificity recognition of biomaterials surface greatly affect the interaction between biomaterials and cells.

組織工程是運(yùn)用工程科學(xué)與生命科學(xué)的基本原理和方法研究與開發(fā)生物替代物 ,從而恢復(fù) 、 維

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響應(yīng)的特異性識(shí)別位點(diǎn) ,是當(dāng)前研究的熱點(diǎn) 。本文介紹了生物材料表面與細(xì)胞的相互作用 ,并總結(jié) 了生物材料表面修飾的技術(shù)方法 。

1　 生物材料表面性質(zhì)的仿生化
1. 1 　 生物材料表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

表面微紋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對細(xì)胞生長有一定促進(jìn)作用 。生物材料表面的微圖案化 , 有望促進(jìn)且調(diào)控特 異細(xì)胞的生長和空間分布 。 1. 2 　 生物材料表面的親水/ 疏水平衡 一般講 ,親水性表面對細(xì)胞黏附有促進(jìn)作用 ,疏水性表面對蛋白質(zhì)的吸附功能較強(qiáng) 。蛋白質(zhì)與 生物材料表面接觸和吸附過程中 ,常伴隨水/ 蛋白質(zhì)的吸附交換 ,而異種蛋白質(zhì)間的吸附交換常有
Vroman 效應(yīng)產(chǎn)生

。細(xì)胞與材料間的黏附是以蛋白質(zhì)為介導(dǎo)而發(fā)生的 ,過于良好的親水性表面不 利于蛋白質(zhì)的吸附 ,因此適宜細(xì)胞黏附 、 生長的表面有一最佳的親水/ 疏水平衡值 ,此值因不同種類 細(xì)胞而異 。 1. 3 　 生物材料的表面能 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) ,生物材料的表面能量影響細(xì)胞的黏附 ,表面能較高的表面比能量較低的表面有利于 細(xì)胞的黏附 。Satriano 等采用 52keV 氬離子束照射聚羥基甲基硅氧烷和聚對苯二甲酸乙二酯 ,優(yōu) [10 ] 化了基體材料的表面自由能參數(shù) ,促進(jìn)了人真皮成纖維細(xì)胞在改性材料上的黏附和增殖 。 1. 4 　 生物材料的表面電荷 哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜表面荷負(fù)電 ,一般講 ,荷正電的材料表面與荷負(fù)電的細(xì)胞由于靜電吸附而利于 [11 ] 細(xì)胞黏附 ,荷負(fù)電的材料表面與荷負(fù)電的細(xì)胞由于靜電排斥 ,不利于細(xì)胞黏附 。研究發(fā)現(xiàn) ,通過 固定含有豐富帶正電基團(tuán)的氨基酸 ( 如賴氨酸) 在材料表面 ,可以提高材料的表面電荷濃度 ,增加黏
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附細(xì)胞的數(shù)量和增強(qiáng)細(xì)胞的黏附力 。 1. 5 　 生物材料表面的化學(xué)基團(tuán) 材料表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)是影響細(xì)胞的黏附生長的重要因素 。一般而言 ,砜基 、 硫醚 、 醚鍵等對細(xì) 胞生長影響不大 ,芳香聚醚類等剛性結(jié)構(gòu)不利于細(xì)胞黏附 ,羧基 、 磺酸基 、 氨基 、 亞氨基及酰胺基等

從材料學(xué)的角度講 ,材料結(jié)構(gòu)決定材料性能 ,所以表面微觀結(jié)構(gòu)對表面性能有重大影響 。生物 材料表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ( 表面的粗糙度 、 孔洞的大小及分布 、 溝槽的尺寸和取向等) 對細(xì)胞的黏附 、 鋪 展、 、 、 增殖 分化 功能表達(dá)有很大影響 。Chung 等先將聚乙二醇 ( PEG) 接枝到聚氨酯 ( PU) 表面 ,生成 接枝產(chǎn)物 PU2PEG ,再將 N2琥珀酰亞胺/ 62 ( 42疊氮222硝基苯胺 ) / 己酸酯 ( SANPAH) 和多肽 Gly2Arg2 G 2Asp ( GRG ) 分別溶于乙醇和蒸餾水中 , 室溫暗室共混反應(yīng) 2h , 生成苯基疊氮衍生多肽 , 最后通 ly D 過紫外光照射將其固定在 PU2PEG 表面 ,在納米尺度上提高了表面粗糙度 ,MTT 檢測表明體外培養(yǎng) [4 ] 的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞生長速率有所提高 。細(xì)胞在識(shí)別材料表面特征時(shí) , 可響應(yīng)微米和納米尺度 的表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ,產(chǎn)生接觸引導(dǎo) ,所以人們可利用材料表面拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來調(diào)控細(xì)胞行為 。Dalby 等利 用聚苯乙烯 ( PS) 和聚 ( 42溴代苯乙烯) ( PBrS) 共混澆鑄成膜 ,表面形成島狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) ,種植入成纖維 [5 ] 細(xì)胞后發(fā)現(xiàn) ,細(xì)胞對島狀結(jié)構(gòu)非常敏感 ,黏附后迅速產(chǎn)生絲狀偽足 , 細(xì)胞骨架迅速形成 。生物材
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料表面的微結(jié)構(gòu)域可以調(diào)控細(xì)胞與基質(zhì)的信號(hào)傳導(dǎo) ,從而影響細(xì)胞黏附結(jié)構(gòu)域的形成和細(xì)胞骨架 的發(fā)育 ,最終形成具有高度取向的細(xì)胞圖案 。研究發(fā)現(xiàn) ,條紋幾何形狀的表面有利于細(xì)胞的取向和 [6 ] 運(yùn)動(dòng) 。Matsuzaka 等將鼠骨髓細(xì)胞種植在具有細(xì)微紋溝的聚乳酸表面 ,培養(yǎng) 8d 后 ,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞呈扁 平狀 ,與表面紋溝平行排列分布 ; 培養(yǎng) 16d 后 ,發(fā)現(xiàn)礦化基質(zhì)沉積在表面 ,且與表面紋溝平行排列分 布 。表面微紋結(jié)構(gòu)基體上的細(xì)胞堿性磷酸酶 ( ALP) 活性明顯高于表面光滑基體上的細(xì)胞 , 這表明

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基團(tuán)有利于細(xì)胞的黏附和增殖 。含氮基團(tuán)不僅能使材料表面帶一定的正電荷 ,調(diào)節(jié)表面的親水/ 疏 [13 ,14 ] 水平衡 ,可以與蛋白質(zhì)肽鏈發(fā)生官能團(tuán)間的相互作用 ,能促進(jìn)細(xì)胞黏附 。材料表面如果具有可 供反應(yīng)的化學(xué)基團(tuán) ,可與配基共價(jià)連接 ,固定一些生物活性分子在材料表面 ,如細(xì)胞黏附因子等 ,從 而促進(jìn)細(xì)胞的黏附 。 1. 6 　 生物材料表面的生物特異性識(shí)別 生物材料植入體內(nèi)后一般會(huì)產(chǎn)生非特異性和特異性相互作用 ,根據(jù)組織工程學(xué)對生物材料的 基本要求 ,需要抑制非特異性相互作用而構(gòu)建特異性識(shí)別位點(diǎn) ,以誘發(fā)細(xì)胞和組織響應(yīng) 。一種策略 是通過表面改性 ,提高生物材料表面性能 ,創(chuàng)造惰性表面 ,如材料表面接枝聚氧化乙烯 ( PEO) ; 另一 種策略是優(yōu)化提升生物材料與細(xì)胞的特異性相互作用 ,可在材料表面引入化學(xué)信使 ( message) ,使其 [15 ] 和細(xì)胞膜表面的相應(yīng)受體形成配合物 ,實(shí)現(xiàn)分子的特異性識(shí)別 。組織工程中將多肽固定在生物 材料表面 ,制成受體專門性材料 ,可促進(jìn)受體介導(dǎo)的細(xì)胞對材料的黏附來提高其生物相容性 ,促進(jìn) 細(xì)胞黏附 、 擴(kuò)展和細(xì)胞骨架的形成 ,實(shí)驗(yàn)證明 RG 多肽修飾的材料能顯著增加細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí) D [16 ] 間 。

2　 生物材料表面與細(xì)胞的相互作用

從細(xì)胞和分子水平看 ,細(xì)胞與生物材料表面間的相互作用可用細(xì)胞膜與材料表面結(jié)合位點(diǎn)間 的相互作用來描述 ,細(xì)胞膜受體與材料表面配體的結(jié)合方式主要有配位結(jié)合 、 疏水性結(jié)合 、 靜電結(jié) 合、 氫鍵結(jié)合等 ,在生理環(huán)境中 ,貼壁細(xì)胞與植入材料的相互作用實(shí)際上是細(xì)胞膜表面受體與生物 材料表面配體間的相互間分子識(shí)別 ,產(chǎn)生生物特異性與非特異性相互作用 。當(dāng)材料植入體內(nèi) ,細(xì)胞 膜表面的受體積極尋找與之接觸的材料表面所能提供的信號(hào) ,以區(qū)別所接觸材料為自體或異體 ,因 此深入理解生物材料表面與細(xì)胞相互作用并進(jìn)行表面修飾是臨床應(yīng)用材料設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 。 細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)間粘連不僅使其保持形態(tài) ,還起著細(xì)胞間信息傳送和功能調(diào)節(jié)的重要作用 。 細(xì)胞表面和基質(zhì)表面分子間特異性相互作用 ,調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附 、 、 增殖 分化和凋亡 ,維持細(xì)胞生長和凋 亡的動(dòng)態(tài)平衡 。細(xì)胞和基材的黏附很大程度上由吸附的血清蛋白層決定 , 血清中 200 種以上的蛋 白質(zhì)經(jīng)過競爭吸附過程后形成吸附層 ,其中有少量的蛋白質(zhì) ( 如纖連蛋白 、 層連蛋白及玻連蛋白等) 有助于細(xì)胞黏附 ,但是吸附層中不促進(jìn)細(xì)胞黏附作用的蛋白質(zhì) ( 如白蛋白) 卻占多數(shù) ,因此消除非特 異性吸附非常重要 。當(dāng)植入材料生物體系統(tǒng)的非特異性吸附作用被完全抑制 ,同時(shí)又具備細(xì)胞識(shí) 別的相應(yīng)位點(diǎn) ,則會(huì)被細(xì)胞認(rèn)為是自體 ,實(shí)現(xiàn)材料和細(xì)胞的融合作用 ,積極誘導(dǎo)組織再生 。從仿生 的角度出發(fā) ,組織工程支架可視為人工細(xì)胞外基質(zhì) ( ECMs) ,表面修飾旨在抑制非特異性相互作用 , 引入特異性相互作用位點(diǎn) ,使人工 ECMs 在體內(nèi)生理環(huán)境中發(fā)揮其功能 。設(shè)計(jì)處理具有特定理化 特性與其生物可識(shí)別能力相結(jié)合的醫(yī)用高分子材料 ,通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) ,將研制出新型的人工識(shí) 別材料系統(tǒng) ,使功能團(tuán)在聚合物骨架 、 交聯(lián)結(jié)構(gòu)及大分子網(wǎng)絡(luò)中精確定位 ,是未來分子生物學(xué)和材 [18 ] 料學(xué)的發(fā)展趨勢 。 在組織工程中 ,組織工程用支架植入體內(nèi)后 ,生體內(nèi)的細(xì)胞受體積極在支架表面搜尋配體 ,以 期得到響應(yīng) 。細(xì)胞首先要在支架表面黏附上 , 才能夠增殖和分泌細(xì)胞外基質(zhì) 。黏著斑黏附 (focal adhesion) 是細(xì)胞與基質(zhì)黏附接觸的常見形式 。黏著斑由整連蛋白作為主要黏附受體和相關(guān)細(xì)胞質(zhì) [19 ] α 斑蛋白包括踝蛋白 、 紐蛋白 、2肌動(dòng)蛋白 、 張力蛋白 、 樁蛋白和大量蛋白激酶組成 。整聯(lián)蛋白 ( integrin) 是細(xì)胞表面受體的一個(gè)主要家族 , 主要參與調(diào)節(jié)細(xì)胞與 ECMs 選擇性黏附及細(xì)胞間的相 互作用 ,直接影響到細(xì)胞的生長 、 增殖 、 凋亡等生理活動(dòng) ,包含由 14 種α 及 8 種β 兩大類亞單元構(gòu) 成的 20 多種不同雜二聚體跨膜蛋白 。細(xì)胞識(shí)別主要基于整聯(lián)蛋白與 ECMs 中配體的相互識(shí)別 ,實(shí)
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現(xiàn)信號(hào)傳遞 。黏著斑是接觸表面與肌動(dòng)蛋白微纖接觸的主要位點(diǎn) ,它的形成與細(xì)胞延展過程有 關(guān) ,所以黏著斑是細(xì)胞黏附和運(yùn)動(dòng)協(xié)同作用的位點(diǎn) 。整聯(lián)蛋白與黏附分子配體和細(xì)胞骨架蛋白及 [21 ] 一些細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子相連 ,有效地傳導(dǎo)由 ECMs 到細(xì)胞內(nèi)的信號(hào) ,從而影響細(xì)胞的生物學(xué)行為 。

3　 生物材料的表面修飾

表面修飾是指在不改變材料本體性能的前提下 ,賦予其表面新的性能 。組織工程用生物材料 作為植入材料 ,使用時(shí)主要考慮其生物相容性 ,即材料表面與宿主間界面上的相互作用 ,因此對植 入材料的改性主要是對其表面的修飾 。 3. 1 　 物理包被法 靜電作用 、 通過一個(gè)能連續(xù)循環(huán)浸漬的裝置 ,將溶液中的化學(xué)成分通過物理吸附力 ( 范德華力 、 親/ 疏水相互作用等) 的作用引入生物材料最外層表面 。該法簡易可行 。吸附不牢固 、 易脫落 ,是其 一大缺點(diǎn) 。在對吸附質(zhì)量要求不高的領(lǐng)域 ,仍有其一定的應(yīng)用價(jià)值 。Yang 等物理包被 RG 多肽修 D ( PLA2PLL ) 三維支架材料 , 體外培養(yǎng)骨細(xì)胞 , 發(fā)現(xiàn)骨細(xì)胞遷移 、 飾聚乳酸2賴氨酸 擴(kuò)增和分化良 [22 ] 好 。 3. 2 　 物理截留法( entrapment) 溶脹是高聚物特有的現(xiàn)象 。控制溶劑相和非溶劑相 ( 如水) 比例 ,可以使高聚物表面溶脹而不 溶解 ,原本緊密纏繞著的分子鏈處于相對松弛狀態(tài) 。加入改性組分 ( 常溶解在非溶劑相中) ,其鏈段 通過分子運(yùn)動(dòng)可進(jìn)入高聚物表面鏈段之間 。然后用非溶劑相浸泡 ,使高聚物表面鏈段收縮 ,溶脹現(xiàn) 象消失 。改性組分分子鏈段與高聚物分子鏈相互纏結(jié) ,形成表面互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) ,從而達(dá)到固定的目 [23 ] 的 。與其它方法相比 ,截留法具有獨(dú)特的優(yōu)勢 ,它幾乎在所有基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)室就可進(jìn)行 ,工藝簡 單 ,效果頗佳 。Zhu 等先將聚乳酸 ( PDL2LA) 膜浸泡在溶解了海藻酸鈉和氨基酸衍生物接枝產(chǎn)物的 水/ 丙酮 ( V ( 水) / V ( 丙酮) = 70/ 30) 溶液中 ,再轉(zhuǎn)移到 CaCl2 溶液中 ,在 PDL2LA 表面形成不溶于水的
[24 ]

凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 。培養(yǎng)軟骨細(xì)胞后發(fā)現(xiàn) ,細(xì)胞的黏附 、 增殖和活性明顯提高 。 3. 3 　 表面化學(xué)接枝法 表面化學(xué)接枝一般僅限于材料表面發(fā)生的非均相反應(yīng) 。為達(dá)到只在表面層進(jìn)行選擇性接枝 , 必須控制自由基的數(shù)量和濃度及單體的擴(kuò)散與滲透僅限于表面層發(fā)生 。偶合接枝是一種簡單可行 的方法 ,化學(xué)鍵共價(jià)固定生物分子通常以雙官能團(tuán)交聯(lián)劑為中介 , 交聯(lián)劑的一端通過 — COOH 、 — 、 NH2 等官能團(tuán)連接在基體材料表面 , 另一端有一可變的懸吊基團(tuán)用于結(jié)合單體分子 。要 OH — 求材料表面及要偶合接枝上去的單體兩者都有可能發(fā)生偶合的官能團(tuán) ,否則要設(shè)法引入活性官能 團(tuán) 。Klee 等將單體 42氨基二聚對二甲苯鄰甲酸 650 ℃ 減壓條件下化學(xué)蒸氣沉積 ,18 ℃ 下濃縮在聚偏 ( PVDF) 表面 ,環(huán)己二異氰酸酯 ( HDI) 活化表面氨基 ,接枝上纖連蛋白 ( FN) ,培養(yǎng)成骨細(xì)胞 , 二氟乙烯 [25 ] 發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的增殖能力大大提高 。Cui 等采用氫氧化鈉溶液表面水解聚乳酸 ( PLLA) , 水溶性碳二 亞胺 ( EDC/ NHS) 活化表面羧基 ,共價(jià)鍵合殼聚糖 ( CS) 分子 ,提高了材料表面的親和性 ,在其表面培
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養(yǎng)牛軟骨細(xì)胞 ,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞活性和增殖率均比未改性 PLLA 顯著提高 。 3. 4 　 高能輻射法 60 85 210 α β 高分子材料表面輻射改性的放射線源有γ 射線 ( Co ) 、 射線 ( Kr) 、 射線 ( Po ) 及 X 射線和 電子射線等 。由于放射線能量比化學(xué)鍵能高 ,利用它照射材料表面后 ,聚合物表面經(jīng)離子化 ,激發(fā) 產(chǎn)生自由基 ,自由基與單體接枝聚合 ,達(dá)到改性目的 。輻射接枝是由射線引發(fā) ,不需要向體系添加 引發(fā)劑 ,與化學(xué)接枝相比 ,可得到非常純的接枝聚合物 ,是改性醫(yī)用高分子的有效方法 。K won 等采 用預(yù)輻射接枝技術(shù) ,將甲基丙烯酸環(huán)氧丙酯 ( EPMA) 接枝到聚丙烯 ( PP) 表面 ,引入磷酸官能團(tuán)并且

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在表面固定肝磷脂 ,實(shí)驗(yàn)表明黏附血小板數(shù)量減少 , 血栓形成降低 , 提高了材料的血液相容性 。 高能輻照會(huì)改變材料表面微觀結(jié)構(gòu) ,導(dǎo)致拓?fù)湫蚊?、 濕潤性和生物相容性的變化 。Mirzadeh 等采用 CO2 和 KrF 受激準(zhǔn)分子脈沖激光束照射聚對苯二甲酸乙二酯 ( PET) 表面 , 發(fā)現(xiàn)表面形貌變化較大 , 體外培養(yǎng) L929 成纖維細(xì)胞 ,細(xì)胞黏附和擴(kuò)展能力有所提高 。 3. 5 　 光化學(xué)法 光化學(xué)法利用紫外線或可見光照射產(chǎn)生一系列光化學(xué)反應(yīng)而固定生物分子 ,其中紫外線輻照 是研究的熱點(diǎn) 。紫外光的波長范圍在 200～400nm ,能量達(dá) 300～600kJ / mol ,大多數(shù)共價(jià)鍵能均處于 這一范圍內(nèi) ,故紫外光可激發(fā)生成自由基 ,在材料表面引發(fā)自由基接枝共聚反應(yīng) 。紫外光接枝是適 合表面改性的有效方法 ,它具有以下優(yōu)點(diǎn) : ( 1) 紫外光比高能輻射對材料的穿透力差 ,故接技聚合可 嚴(yán)格地限定在材料的表面或亞表面進(jìn)行 ,改性反應(yīng)僅發(fā)生在表面 50～100nm 深度內(nèi) ,不會(huì)損壞材料 的本體性能 ; ( 2) 反應(yīng)程度易控制 。使用光敏劑進(jìn)行表面活化 ,則更容易在聚合物表面引發(fā)接枝聚 合反應(yīng) ,將特定的官能團(tuán)引入到聚合物表面 ,以改變聚合物的表面性質(zhì) 。Zhu 等采用紫外光氧化接 枝的方法將親水性聚甲基丙烯酸 ( PMAA) 接枝到聚己內(nèi)酯 ( PCL ) 表面 , 用水溶性碳二亞胺 ( EDC) 作 為偶聯(lián)劑在接枝膜表面固定了明膠 , 經(jīng)過改性后的 PCL 膜表面的親水性顯著提高 , 內(nèi)皮細(xì)胞在改 [29 ] 性 PCL 膜表面上培養(yǎng) 96h 后的細(xì)胞增殖率和活性均有明顯提高 。 3. 6 　 低溫等離子體技術(shù) 低溫等離子體是以低氣壓放電產(chǎn)生的電離氣體 ,其中含有豐富的活性粒子 ,可引發(fā)多種化學(xué)反 應(yīng) ,其反應(yīng)溫度低 ,適于改性熱敏性高分子材料 。等離子體表面接枝共聚改性是通過四步基元反應(yīng) 實(shí)現(xiàn) : ( 1) 等離子體的產(chǎn)生與維持 ; ( 2) 聚合物分子鏈上激發(fā)產(chǎn)生自由基 ; ( 3) 材料表面的接枝反應(yīng) ; ( 4) 由分子鏈間交聯(lián) 、 自由基間的偶合 、 歧化反應(yīng)等方式終止反應(yīng) 。與其它方法相比 ,低溫等離子體 接枝共聚具有自身的優(yōu)勢 : ( 1) 引發(fā)自由基不需要另外加入引發(fā)劑 ; ( 2) 不需向反應(yīng)體系提供能量用 于激發(fā)產(chǎn)生自由基 。在等離子體環(huán)境下共聚 , 其體系溫度接近室溫 , 這有利于聚合反應(yīng)的正向進(jìn) 程 。Wang 等用低溫等離子體技術(shù)與膠原涂覆的方法對聚乳酸 ( PDLLA) 膜進(jìn)行了表面改性 ,有效改 [30 ] 善了 PDLLA 與 3T3 成纖維細(xì)胞間親和性 ,在膜上粘附細(xì)胞的數(shù)量及增長速率均明顯提高 。Ding 等先用氬 (Ar) 等離子處理聚乳酸 ( PLLA) 膜 ,然后暴露在空氣中使之表面形成過氧化物和氫過氧化 物 ,然后滴加殼聚糖醋酸溶液 ,共價(jià)固定殼聚糖分子 。體外培養(yǎng) L929 成纖維細(xì)胞 ,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞增殖能 力不錯(cuò)并且改性基質(zhì)膜可以控制細(xì)胞的形態(tài) 。 3. 7 　 離子注入技術(shù) 離子注入是將帶電離子高能射入到固體表面 ,與固體內(nèi)原子核及核外電子云發(fā)生相互作用 ,同 時(shí)在以離子經(jīng)過的軌跡外層一定半徑范圍內(nèi)使得固體中原有分子和原子發(fā)生激發(fā) 、 電離等復(fù)雜行 ( 1) 在表面特定深度注入預(yù)定 為 ,引起表面化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的變化 。離子注入法有其自身的優(yōu)點(diǎn) : 計(jì)量的高能離子 ,可定量控制 ,僅僅影響材料表層性能 ,不會(huì)破壞材料本體性能 ; ( 2) 注入的離子滲 入材料表層 ,與基體原子相混合 ,不會(huì)發(fā)生脫落現(xiàn)象 。Kim 等采用硼和氮離子注入法對聚酰亞胺膜 [32 ] 表面改性 ,發(fā)現(xiàn)隨著離子劑量的增大 ,膜表面水接觸角下降 。Chen 等使用 40keV 碳正離子注入 對聚羥基鏈烷酸酯膜改性 ,親水性得到改善 ,培養(yǎng)成纖維細(xì)胞 ,發(fā)現(xiàn)基體膜的細(xì)胞相容性明顯提高 , [33 ] 細(xì)胞黏附形態(tài)的變化估計(jì)和表面改性時(shí)發(fā)生的物理化學(xué)過程有關(guān) 。
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4　 展望
生物材料的表面修飾在組織工程的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用 ,它是一個(gè)融合交叉了材料科 學(xué)和生物科學(xué)的復(fù)雜系統(tǒng)工程 。表面修飾旨在介導(dǎo)材料表面與細(xì)胞的相互作用 ,調(diào)控細(xì)胞在材料

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表面生長和凋亡這一雙向的動(dòng)態(tài)平衡 ,給細(xì)胞創(chuàng)造良好的人工 ECMs 環(huán)境 。如何控制生物材料的 [34 ] 生物響應(yīng) ,抑制其非特異性響應(yīng) ,賦予其特異性 ,是組織工程用生物材料表面修飾的出發(fā)點(diǎn) 。只 有深入理解生物材料與宿主的相互作用 ,如以鎖匙學(xué)為基礎(chǔ)的生物特異分子識(shí)別 ,才能使仿生表面 修飾更為有效 。
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