环境响应性高分子与纳米拓扑结构的协同作用的生物学效应

为阐明环境响应性高分子与纳米拓扑结构的协同作用以及这种协同作用对生物体系的影响规律和内在机理，本项目以硅纳米线阵列和纳米金沉积膜为基材，采用表面引发的原子转移自由基聚合技术（SI-ATRP），构建一系列具有亲疏水性和温度敏感性差异的嵌段共聚物改性的纳米拓扑结构材料表面，研究在纳米拓扑结构与表面嵌段共聚物的协同作用下蛋白质和细胞与材料表面的相互作用，环境刺激下材料表面特性的响应性变化对蛋白质吸附和细胞黏附的影响。本项目的研究可为进一步利用响应性高分子修饰的纳米材料制备特异性的生物医用材料提供理论基础和实验依据，为新型生物智能材料和生物传感器等的设计与制备提供足可借鉴的基础研究结果。

为阐明环境响应性高分子与纳米拓扑结构的协同作用以及这种协同作用对生物体系的影响规律和内在机理，本项目以硅纳米线阵列和纳米金沉积膜为基材，采用表面引发的原子转移自由基聚合技术（SI-ATRP），构建一系列具有环境响应性高分子改性的纳米拓扑结构材料表面，研究在纳米拓扑结构与表面化学修饰的协同作用下蛋白质和细胞与材料表面的相互作用，环境刺激下材料表面特性的响应性变化对蛋白质吸附和细胞黏附的影响。在工作中，我们通过控制反应条件，制备一系列具有特异性表面拓扑结构的材料；研究不同类型环境响应性高分子的修饰对硅纳米线阵列和纳米金沉积膜表面物理和化学性质的影响；考察响应性高分子修饰的纳米材料的生物学活性变化；探讨响应性高分子修饰的纳米材料对生物大分子吸附以及活性的影响；研究硅纳米线阵列和纳米金沉积膜对细胞生长和增殖的影响；考察响应性高分子修饰的纳米材料对细菌和细胞活性的调节作用；研究细胞在纳米拓扑结构表面形态结构以及分化状态；探讨通过环境响应性高分子修饰的纳米拓扑结构表面控制细胞黏附、迁移、形态、生长、增殖以及分化行为。结果显示，材料上硅纳米线的长度能控制在3-60 μm范围内，纳米线的直径控制在20-100 nm范围内；并能利用金纳米粒子在材料表面形成纳微米级粗糙度不同的表面拓扑结构，其粗糙度的调节范围可在50-1000 nm；经过特殊的化学修饰作用后，材料表面的化学结构产生显著变化，其在不同类型的底物作用参与下，表现出与生物体内的细胞还原酶、过氧化氢酶以及过氧化物酶十分类似的作用；高分子在材料表面的修饰作用明显改变了其对蛋白质的非特异性吸附和特异性结合活性，在很高的程度上增强了其对溶菌酶以及变性蛋白质的结合能力；利用高分子与纳米拓扑结构的协同作用，我们制备出了新型可再生性抗菌材料、控制细胞增殖和分化的具有纳米拓扑结构表面的材料以及促进基因转染的纳米材料等。本项目的研究可为进一步利用响应性高分子修饰的纳米材料制备特异性的生物医用材料提供理论基础和实验依据，为新型生物智能材料和生物传感器等的设计与制备提供足可借鉴的基础研究结果。 目前已经在SCI引用期刊上发表研究论文12篇， 培养研究生9名。

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