【摘要】：生物材料與機體間相互作用的研究是再生醫(yī)學(xué)、組織工程和材料科學(xué)的一個重要交叉前沿,日益受到關(guān)注。而通過調(diào)控物理因素來控制細胞命運是近年來進行生物材料-機體(細胞/組織)間相互作用研究的熱點。微圖案化技術(shù)是一種依靠物理拓撲學(xué)實現(xiàn)機械力指導(dǎo)細胞行為的方法。近年來,微圖案化技術(shù)逐漸成熟,成為了研究控制細胞命運的有力手段。通過設(shè)計生物材料的親疏水表面,優(yōu)化細胞外基質(zhì)蛋白的微圖案化拓撲結(jié)構(gòu)分布,可以有效調(diào)控干細胞的粘附、生長分布和取向,從而進一步影響細胞定向分化的行為。通過將干細胞限定于生物材料表面的微圖案化拓撲結(jié)構(gòu),可以實現(xiàn)細胞的微圖案化,從而研究微圖案化對細胞上游細胞骨架動力學(xué)和下游基因表達的影響,最終實現(xiàn)對干細胞伸展、遷移、分化等行為的調(diào)控。本論文提出了一種創(chuàng)新的基于明膠-海藻酸鈣的微圖案體系,該微圖案體系可以實現(xiàn)不同形狀、不同尺寸,從單細胞到多細胞,從同種細胞到異種細胞的2D細胞微圖案化,并由此實現(xiàn)對細胞行為的調(diào)控。物鏡及熒光染色結(jié)果表明,該創(chuàng)新的基于明膠-海藻酸鈣的微圖案體系能將單細胞有效限定于正方形、矩形、圓形和三角形微圖案中,能將多細胞有效限定于正方形、矩形、圓形、三角形、菱形、五角星形、網(wǎng)格狀、棋盤狀、條紋狀及方格狀微圖案中,并通過洗脫海藻酸鈣實現(xiàn)了對單細胞或多細胞遷移的調(diào)控和對不同種多細胞選區(qū)生長的調(diào)控。ALP和油紅O染色結(jié)果表明該創(chuàng)新的基于明膠-海藻酸鈣的微圖案體系實現(xiàn)的bMSCs單細胞2D微圖案化對其成骨和成脂分化有顯著影響,其中正方形和圓形的微圖案更容易促進bMSCs向成脂方向分化,而矩形和三角形微圖案則更容易促進bMSCs向成骨方向分化。本論文的創(chuàng)新明膠-海藻酸鈣微圖案體系廉價易得、操作簡便、無細胞毒性且生物相容性優(yōu)異,有助于研究微圖案對干細胞限定、遷移、分化的影響和異種細胞人工組織的構(gòu)建。
【圖文】：

化技術(shù)化技術(shù)最早應(yīng)用于微電子領(lǐng)域，與生物領(lǐng)域交叉后成為研究細胞持。目前，用于生物學(xué)研究領(lǐng)域的微圖案化技術(shù)主要有具有化學(xué)構(gòu)圖案化和基于拓撲學(xué)的物理結(jié)構(gòu)圖案化[1]。而用于制備上述微是光刻法和軟刻蝕法等微圖案化技術(shù)[2-4]。技術(shù)中電子集成電路的圖案化是光刻技術(shù)最初的應(yīng)用方向，是利用以及化學(xué)-光學(xué)反應(yīng)原理，將電路圖案“復(fù)制”到單晶表面或者介功能圖形或圖形窗口的技術(shù)。近年來半導(dǎo)體技術(shù)的不斷更新?lián)Q制”微圖案的尺寸從毫米級縮小到了亞微米級，這使得光刻技密的微圖案加工技術(shù)[5-9,13]。

光刻技術(shù)有優(yōu)異的固態(tài)材料的成型能力，可以在固態(tài)材料表面刻蝕出非常精確的亞微米級的微圖案。但是，光刻技術(shù)的運用所需設(shè)備非常高昂，同時對實驗室潔凈度要求極高，這使得其在生物學(xué)領(lǐng)域的普及并非十分順利。而且在光刻過程中使用的某些化學(xué)試劑有是一定毒性的，會導(dǎo)致生物分子變性，，甚至使細胞死亡[14,15]。在光刻技術(shù)中，能夠運用的材料非常有限。由于光衍射現(xiàn)象的存在，制備的微圖案的尺寸是有一定極限的，而且無法直接進行平面的微圖案化[16]。1.1.2 軟刻蝕技術(shù)軟刻蝕技術(shù)用彈性模板代替了光刻技術(shù)中的光刻膠[17,5]。由于光刻技術(shù)的成本很高、要求環(huán)境苛刻，所以軟刻蝕技術(shù)日漸成為生物材料微圖案化研究的首選方法。軟刻蝕技術(shù)的原理是，先利用光刻技術(shù)制備出具有微圖案的光刻膠模板，再使用彈性材料如 PDMS 等，對光刻膠上的微圖案進行精確、反向的“復(fù)制”，這樣可以提高微圖案化的效率，同時降低加工的成本[18-20]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R318.08

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本文編號：2703331