中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与化学国家重点实验室石强

youwuyang

Facile fabrication of hierarchically thermoresponsive binary polymer pattern for controlled cell adhesion
Jianwen Hou, Lele Cui, Runhai Chen, Xiaodong Xu*, Jiayue Chen, Ligang Yin, Jingchuan Liu, Qiang Shi*, Jinghua Yin
MACROMOL RAPID COMM, 39(6), 2018


红细胞在以苯乙烯类热塑性弹性体（SEBS）为基体的血袋中存储，常发生大量的溶血现象，导致血细胞发生形态畸变而凋亡。人体输入发生溶血或凋亡的红细胞会对引发严重的健康问题。患者输血时，需要首先保证所输血液的质量和安全。因而，追踪检测血细胞病变过程，从血液中移除病变的血细胞，从生物体液中检测功能失调和凋亡细胞，在临床诊断和治疗中十分重要。

表面图案化为细胞创建一个结构精确可控的微环境，可在空间上控制细胞的粘附和取向。聚乙二醇（PEG）分子刷适合构建图案化表面来检测病变红细胞。一方面，PEG分子刷提供电中性的亲水性表面，能够形成水化层来有效抵抗正常细胞的粘附；另一方面，PEG与暴露在凋亡细胞表面的磷酯酰丝氨酸（PS）存在一定的相互作用，可将病变细胞捕捉在PEG分子刷表面。本工作我们巧妙的利用PEG和PS之间特殊相互作用，从而实现了检测异常红细胞的目的。我们首先通过表面引发接枝聚合方法（SIPP），将具有温敏性的N-异丙基丙烯酰胺（NIPAAm）接枝到SEBS表面，形成亲水层；随后，利用紫外光刻蚀与模板相结合的方法，制备了图案化的引发剂阵列；最后，采用表面自由基活性聚合方法（SAFRP），将聚乙二醇单体（OEGMA）引入SEBS基底，在SEBS表面形成了PNIPAAm/POEGMA的二元分子刷阵列。


研究表明：提高引发剂密度和升高反应温度可有效提高PEG分子刷的接枝密度，赋予其蠕虫状的形貌结构及超亲水性质；二元图案化结构尺寸精确度高，具有可重复性。在37C时，PNIPAAm分子刷分子内氢键作用占优势，呈现一定的疏水性能，可以粘附正常红细胞和病变红细胞。而PEG分子刷呈亲水性，表面不粘附正常红细胞，却粘附溶血红细胞，血细胞在两种分子刷上都有粘附；当温度变为20C时，PNIPAAm分子刷分子间氢键作用占优势，呈现亲水性，不粘附血细胞。而PEG分子刷亲水性保持不变，却粘附溶血红细胞。这样，20C条件下，二元分子刷可单独捕捉病变的血细胞。这一检测平台为原位检测和分析病变血细胞提供了支持，并有望应用于凋亡、病变细胞微量诊断等医用领域。