[发明专利]一种在单细胞表面制备厚度可控的聚合物壳层的方法

说明书

本发明公开了一种在单细胞表面制备厚度可控的聚合物壳层的方法，涉及高分子化学与物理以及生物医用材料领域。在单细胞表面制备壳层有利于增强细胞对苛刻生存环境的抵抗能力。由于高分子材料在合成制备过程中会产生容易导致细胞失活的自由基以及制备合成所需要的苛刻的化学反应条件，因此在单细胞表面实现高分子材料的制备极具挑战。本发明利用可见光作为引发条件，在室温且无需除氧的反应条件下，实现了单细胞表面制备厚度可控的聚合物壳层。本发明不仅保证了细胞的原始活性还实现了聚合物壳层厚度的可控，有利于单细胞方法在未来生物医学中的应用。

技术领域

本发明高分子化学与物理以及生物医用材料领域，涉及一种在单细胞表面制备厚度可控的聚合物壳层方法。

背景技术

在自然界中，许多细胞具有“隐生”的特性来帮助他们躲避外界的苛刻的生存环境。例如，一些细菌在不适应自身生存的状况下，如辐射条件、干燥环境以及营养不足等情况，会形成保持有原始细胞形态的孢子状态来度过危机。这种孢子实际上就是在细胞的表面形成一层坚韧的壳层，这种壳层可以有效地帮助细胞抵御苛刻的生存环境。等到环境再次适合其生存时，细胞便会突破壳层并继续生长增殖。除了单细胞的生命体具有这种“隐生”的特性外，一些纤毛虫，更甚至是一些高级的生命体，如水熊虫等生物都具有这种特性。但是大多数的细胞不具有这种特性，无法产生坚韧的壳层来帮助其抵御苛刻的生存环境。单细胞技术在应用过程中，难免会遇到许多不利于细胞生存的实验环境，这样便导致这些细胞的操作稳定性变差。因此对细胞表面修饰，赋予细胞坚韧的人工壳层，可以有效地增强其抵御外界环境变化的能力。

当前制备单细胞人工壳层的方法主要有层层自组装法和生物矿化法等，其中层层自组装法又是研究最广泛的方法，其原理是利用在一定的条件下细胞表面呈现出负电状态，通过加入带有正电的物质，通过静电吸附的作用使得细胞表面吸附上该正电物质，从而使得细胞变为正电状态。进一步的加入带有负电的物质时，又会在具有正电的细胞上继续静电吸附。如此循环便可以在细胞表面制备成一种人工壳层。这种方法的优点是可以在较好的保存细胞的活性的前提下实现单细胞的包覆并且可以实现人工壳层厚度的可控。但是这种方法操作复杂，并且通过静电吸附的壳层强度不足，材料的选择范围窄，难以实现壳层的功能化。生物矿化的原理是利用将无机物通过沉淀反应沉积在细胞表面，该方法可以模拟细胞自身成壳的方式进行制备人工壳层，但无机壳层限制了人工壳层的功能化。

细胞表面接枝方法可以在细胞表面原位合成聚合物壳层，并实现聚合物壳层厚度的可控。同时由于高分子聚合物聚合单体的多样性和聚合物表面改性方法的多样性，可以很容易地实现细胞表面人工壳层功能化，实现多功能用途的人工壳层。但是由于聚合物制备过程中所需要无氧条件以及自由基的存在对细胞具有致命的伤害，严重地限制了细胞表面高分子原位聚合的广泛应用。因此对于细胞表面接枝方法制备人工壳层的研究极少。

为实现在细胞表面通过高分子聚合反应实现人工壳层的制备与功能化，我们发明了一套操作简便的具有良好的细胞相容性的单细胞表面接枝方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用可见光活性接枝聚合反应在不损失细胞活性的前提下，实现单细胞表面接枝厚度可控的聚合物层的方法。该方法具有良好的细胞相容性，并且反应的过程之中无需去除反应体系中氧气，最大程度地保存了细胞的活性。

由于对细胞表面直接改性会导致细胞受到自由基攻击而失活，因此在本发明中首先利用细胞表面带有负点的特性，通过静电吸附作用在单细胞表面吸附一层具有活泼氢的带有正电的聚合物，这样可以使得聚合反应位点远离细胞。同时，我们选用可室温下进行引发聚合的硫杂蒽酮类衍生物作为可见光引发剂。硫杂蒽酮类衍生物可以在极低用量(小于单体用量的千分之一)有效地在可见光的照射下通过夺氢反应形成具有引发活性的自由基和硫杂蒽酮衍生物半频哪醇自由基，该半频哪醇自由基会与自由基偶合在一起形成休眠种，这样便降低了自由基的浓度，这样有利于细胞活性的保存。在可见光照射条件下，半频哪醇休眠种会重新形成自由基，从而进一步引发单体的表面接枝交联聚合，在细胞表面形成一个完整而均匀的聚合物壳层。

为此，本发明的技术方案如下：