聚二甲基硅氧烷(PDMS)的表面修饰及在细胞培养中的应用

ＰＤＭＳ与有机试剂接触反应，将亲水基团修饰到材料表面，这种 处理方法得到的亲水表面能够维持较长时间，疏水复原时间相 对长，但是缺点是操作繁琐，且需要一定时间［５］，并可能会对后 期在 ＰＤＭＳ表面进行培养的细胞状态产生影响。动态表面改 性法是用表面活性剂、蛋白质或者离子液体等对 ＰＤＭＳ进行涂 层表面修饰，这种 方 法 简 便 经 济，但 是 表 面 活 性 剂 和 离 子 液 体 处理的材料表面亲水性维持时间较短，且可能会在细胞培养中 与与培养基发生 反 应，影 响 细 胞 生 长，而 蛋 白 质 吸 附 得 到 亲 水 性表面则要求无菌和无蛋白质降解酶的环境。最近，也有学者 在改善亲水性的同时，试图赋予 ＰＤＭＳ表面更多的优异性能。 ＪｉａｏＪ等在 ＰＤＭＳ表面涂上中草药提取物 －－丹皮酚，改变了 ＰＤＭＳ表面的润湿性和元素组成。ＰＤＭＳ表面抑制接触面细菌 生长，促进非癌症哺乳动物细胞低毒性生长；同时，癌细胞的生 长明显受到抑制［６］。
１表面改性
对于 ＰＤＭＳ的表面改性，目 前 已 研 究 发 展 出 了 很 多 种 方 法。主要有等离子 处 理，紫 外 辐 射 处 理，硅 烷 化，接 枝 共 聚 法， 动态表面改性法等。这些方法各有优缺点。等离子处理法操 作十分简单，并且能够快速改善 ＰＤＭＳ表面的亲水性，是修饰 改性应用最为广泛的一种方法之一，但是这种方法也有一个很 大的缺陷，即经过等离子处理之后的 ＰＤＭＳ表面在很短时间内 便会发生疏水复原，表面由亲水重新变得疏水［３］。紫外辐射处 理的优点在于能量低，在处理改性过程中不会使 ＰＤＭＳ的表面 发生大的机械性能变化，紫外处理的缺点在于，时间较长，且只 在气相有氧的 环 境 中 效 果 更 好 ［４］。硅 烷 化 和 接 枝 共 聚 法 是 将
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｖｅｒａｌｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｏｆｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（ＰＤＭＳ）ａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄｓｕｒｆａｃｅｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄ ｔｈａｔｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｏｆｐｌａｓｍａｔｒｅａｔｍｅｎｔａｎｄ ｇｅｌａｔｉｎ ｃｏａｔｉｎｇｃａｎ ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｕｒｆａｃｅ ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙｏｆＰＤＭＳｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＰＤＭＳｓｕｒｆａｃｅｃａｎａｆｆｅｃｔｔｈｅｇｒｏｗｔｈｏｆ ｃｅｌｌｓ．Ｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ ｅｆｆｅｃｔｏｆＰＤＭＳｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｓｕｒｆａｃｅｐａｔｔｅｒｎｓｏｎｃｅｌｌｓｎｅｅｄｔｏｂｅｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｉｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｐｏｌｙｄｉｍｅｔｈｙｌｓｉｌｏｘａｎｅ（ＰＤＭＳ）；ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｃｅｌｌｃｕｌｔｕｒｅ
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ＺｈａｉＹｕａｎｙｕａｎ１，ＧｏｎｇＹａｎ１，２ ，ＤｕＪｉｎｇ３，４
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦａｓｈｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２９，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｒｉｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ａｌａｒ ８４３３００，Ｃｈｉｎａ；３．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＢｉｏｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｅｃｈａｎｏｂｉｏｌｏｇｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙ
聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）是一种有机硅材料，其主链由 Ｓｉ －Ｏ键构成，空间上呈螺旋形。作为一种高分子有机硅化合物， ＰＤＭＳ由于其具有电绝缘性，生物相容性，弹性，耐热性，较高的 化学惰性以及成本低廉许多特性，在很多领域得到了广泛的应 用，比如建筑、航空航天、生物医疗、电子电器等［１］。近年来，具 有微纳米尺度可加工性优异性能的 ＰＤＭＳ已经发展成在生物 微流控领域最为受欢迎的基底材料，同样在细胞体外培养方面 的应用也极为广泛。但是，普通制作的 ＰＤＭＳ表面具有疏水性， 这对细胞的粘附 和 生 长 极 为 不 利 ［２］，而 且，生 物 组 织 细 胞 与 基 底材料表面直接接触，基底表面的特征性能是引起生物组织细 胞发生反应的直接因素。因此，对 ＰＤＭＳ表面进行表面修饰以 达到实验研 究 和 性 能 优 化 的 目 的，是 一 个 极 为 重 要 的 研 究 方 向。这包括对 ＰＤＭＳ进行表面改性使其由疏水性变为亲水性， 同时，在赋予 ＰＤＭＳ表面亲水性的基础上，对其进行图案化，比 如改变其形貌，ＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第 ４８卷
聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）的表面修饰及在细胞培养中的应用
翟媛媛１，龚 １，２ ，杜 婧３，４
（１．北京服装学院 材料科学与工程学院，北京 １０００２９； ２．塔里木大学 机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 ８４３３００； ３．北京航空航天大学 生物与医学工程学院 生物力学与力生物学教育部重点实验室，北京 １００１９１； ４．北京航空航天大学 生物医学工程高精尖创新中心，北京 １０２４０２）
摘要：文章给出了几种应用较多的聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）的表面修饰方法，包括表面改性和表面图案化。研究发现，等离子处理和明 胶涂层两种方法结合能有效改善 ＰＤＭＳ表面的亲水性。ＰＤＭＳ表面力学性质及图案拓扑结构能够对细胞的生长产生影响。ＰＤＭＳ表面 改性的长效性和表面图案对细胞的影响机制还有待进一步研究。 关键词：聚二甲基硅氧烷（ＰＤＭＳ）；表面修饰；细胞培养 中图分类号：Ｏ６２７．４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）０１－００５６－０２
ｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＢｉｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１９１，Ｃｈｉｎａ；４．Ｂｅｉｊｉｎｇ ＡｄｖａｎｃｅｄＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｒｅｆｏｒＢｉｏｍｅｄｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２４０２，Ｃｈｉｎａ）