[发明专利]一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子生物医用材料技术领域，具体涉及一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法。

背景技术

生物膜材料的医学价值不仅体现在其原料本身良好的生物相容性，还与其表面拓扑结构关系密切。作为细胞生长支架的膜材料，为了更好地模拟细胞外基质，它们需要有合适的孔径、高的孔隙率。由于细胞与细胞外基质的作用处在纳米级别，人们对材料表面纳米级别的凸起及其对细胞黏附、爬行和分化的影响的研究也越来越多。由于组织的修复是新生细胞爬行替代坏死组织的过程，只有具备合适孔尺寸、空间隙和纳米突起的多孔支架才能为细胞的黏附、生长、增殖、分化以及新组织的生成提供良好的生长环境。孔隙过大不利于细胞爬行，孔隙过小则不利于细胞间的交通和细胞生长入支架材料之中。此外，当材料表面拥有很多纳米级凸起的时候不仅利于细胞黏附，也可促进细胞的爬行、增殖和分化。

据文献报道，可以通过调节溶液浓度、配比、静电纺丝的参数，包括电压强度、接收距离来调节纳米纤维的直径从而调节纤维的孔隙；通过调节溶液的浓度、冷冻干燥的温度来调节膜材料的孔隙率；通过更换溶解体系来调节膜材料的孔隙大小。亦有文献指出生物材料表面的粗糙度适当增加可以促进细胞的黏附，尤其材料表面纳米级别的凸起可以有效促进细胞的黏附、伸展和爬行。但是至今尚未发现有直接利用层层自组装技术调节生物医学材料表面孔尺寸、孔间隙和纳米凸起的研究和应用。专利号为“ZL 201310158591.0”的一项发明提到将聚电解质层层组装至纳米纤维膜后其孔径缩小；专利申请号为“201510586136.X”的一项发明利用层层自组装技术制备纳滤膜，其中提到将聚乙烯亚胺和氧化石墨烯交替组装至聚丙烯腈基膜的表面使得膜表面的亲水性和孔径大小得到有效的调控。遗憾的是，此两项专利均属于膜分离领域而非生物医用材料领域，且并未讨论材料的生物相容性、材料表面孔尺寸、孔间隙及表面纳米凸起对细胞生物行为的影响，因此将膜材料进行层层自组装的目的及聚电解质种类也与生物膜材料大相径庭。

近年来，层层自组装技术在生物医用材料领域受到广泛的应用。早在2010年，专利号为“ZL 201010022450.2”的一项专利就报道了静电自组装改性纳米纤维的生物医用材料的制备方法，其目标在于将具有其他生物性能的聚电解质组装在纳米纤维膜上以赋予其附加性能达到增加其生物相容性的目的，但此发明并未关注到静电自组装对纳米纤维膜表面孔隙大小及纳米凸起的变化，也未对这些改变对细胞行为所产生的影响进行研究。此外，专利号为“ZL 201310456538.9”的一项专利利用层层自组装技术将溶菌酶和丝素蛋白组装在纤维素纳米纤维膜表面，赋予了纳米纤维膜良好的抗菌性能和细胞粘着性，并制造大鼠背部创面模型进行体内实验，证明改性后的纤维素纳米纤维膜可以明显缩短创面愈合的时间；专利号为“ZL 201410423055.3”的一项发明介绍了一种用于促进心肌组织再生和干细胞监测的壳聚糖-丝素蛋白复合纳米纤维多功能补片的制备方法，该方法通过层层自组装技术将带正电的壳聚糖和带负电的丝素蛋白逐层交替组装到纳米纤维表面，而后将脂肪间充质干细胞和心脏祖细胞种子细胞接种于纳米纤维膜表面，拟以此作为心肌补片进行心肌修复。以上两项发明利用静电层层自装改性的主要目的依然只是利用纳米纤维膜的三维支架结构并将具有特定性能的聚电解质组装在纳米纤维膜的表面，以此获得相应的生物医学性能。它们同样没探讨生物膜材料表面孔尺寸、孔间隙及纳米凸起的变化对细胞爬行的影响，也并没有有意识地对纳米纤维膜的孔隙和表面纳米结构进行调控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调控生物膜表面拓扑结构以促进细胞爬行的方法，本发明方法简单有效，并通过表面改性使生物膜材料获得附加的性能。

本发明目的通过以下技术方案实现：