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PLLA 膜基质表面 (PEI/BSA) n 层层静电组装行为及性能研究

PLLA 膜基质表面 (PEI/BSA) n 层层静电组装行为及性能研究. 肖琳琳. 指导老师：全大萍. Fabrication and Characterization of Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly of (PEI/BSA) n on the PLLA Substrates. 引 言. 1. 实 验. 2. 结 论. 3. 致 谢. 4. PLLA 膜基质表面 (PEI/BSA) n 层层静电组装行为及性能研究. 1. 引 言.

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PLLA 膜基质表面 (PEI/BSA) n 层层静电组装行为及性能研究

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  1. PLLA膜基质表面(PEI/BSA)n层层静电组装行为及性能研究PLLA膜基质表面(PEI/BSA)n层层静电组装行为及性能研究 肖琳琳 指导老师：全大萍 Fabrication and Characterization of Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly of (PEI/BSA)n on the PLLA Substrates

  2. 引 言 1 实 验 2 结 论 3 致 谢 4 PLLA膜基质表面(PEI/BSA)n层层静电组装行为及性能研究 Company Logo

  3. 1. 引 言 • 生物医学工程（Biomedical Engineering，BME）是一门集生物学﹑医学和工程学于一体的边缘交叉学科，生物医学工程的发展不仅加速了生物学和医学的现代化，也促使了材料科学的新进展。 • 生物材料（Biomaterial），又称为生物医用材料（Biomedical Material）。美国国家卫生研究所（National Institute of Health Consensus Development Conference）将其定义为“能作为一个系统的整体或部分使用一段时间，达到治疗、增加或替换身体的一些组织、器官并恢复功能目的的任何物质或物质的组合，它可以是天然的或是人工合成的”。 Company Logo

  4. 良好的生物相容性是任何生物材料 都必须遵守的最高准则。 血液相容性（Blood-Compatibility）是指材料与血液接触后，不引起血浆蛋白的变性，不破坏血液的有效成分，不导致血液的凝固和血栓的形成。 组织相容性（Tissue-Compatibility） 是指材料与活体组织及体液接触后，不引起细胞﹑组织的功能下降，组织不发生炎症、癌变以及排异反应等。 1. 引 言 Company Logo

  5. 金属和合金 分子结构更接近于生物体 陶 瓷 生物材料 优点 天然高分子生物材料 良好的物理机械性能 生物高分子材料 优异的生物相容性 天然无机生物材料 1. 引 言 Company Logo

  6. 表面改性 左旋聚乳酸 （PLLA ） 低细胞亲和性成为制约PLLA作为理想组织工程支架材料的主要障碍之一。材料与生物体的相互作用主要集中在界面，必须对其进行表面改性。 聚乳酸（PLA ） 结构规则，其降解产物乳酸在自然状态下主要存在于体内各器官中，较易由合成得到。 真正的生物塑料，无毒，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，已被美国食品医药局（FDA）批准使用，是目前最有前途的合成高分子生物材料之一。 1. 引 言 Company Logo

  7. …… 材料表面的化学结构 影响高分子 材料相容性 的表面性质 材料表面的亲疏水性 材料表面的活性因子 材料表面的电荷状况 材料表面的拓扑结构 1. 引 言 Company Logo

  8. 接枝改性 自组装单分子层 层层自组装 等离子改性 聚合物表面基团的改变 生物活性分子的固定 1. 引 言 高分子生物材料表面改性方法 Company Logo

  9. 1 2 3 4 制备条件温和，可在常温水溶液中进行，能保持生物分子生物活性的天然构象。 适用范围广，组装原料可以是蛋白质、DNA等带电荷的天然生物分子，也可以是合成的聚电解质 。 工艺简单，通过简单的交替浸涂即可实现材料表面纳米、亚微米尺度的有规膜层。 适用基体材料多，对基体材料体型结构适应力强 。 1. 引 言 • 层层自组装技术（Layer-by-Layer Self-Assemble Technique，L-b-L） 基于聚电解质阴阳离子之间电荷相互作用的一种超分子组装技术，该技术的驱动力不局限于静电相互作用，也可以是氢键、电荷转移和疏水作用力等，多种作用的协同效应能够大大提高膜的稳定性。 优 点 Company Logo

  10. 1. 引 言 Figure 1 层－层静电自组装过程示意图 Company Logo

  11. 1. 引 言 • 本文目的：以BSA为模型蛋白，研究阳离子聚合物PEI与BSA在PLLA基质膜表面组装的过程（组装过程如Figure 2所示） ，实现对PLLA的表面改性。同时，为进一步实现在材料表面组装质粒DNA，实现原位基因控制释放并转染细胞提供科学依据。 ¤一，利用PEI对PLLA表面进行大分子胺解活化，引入电荷，实现层层静电自组装过程； ¤二，由PEI引入氨阳离子，能够有效地增加表层的亲水性，提高与蛋白质肽链官能团的相互作用。从多角度来促进细胞的生长与增殖； ¤三，利用BSA可以形成生物惰性表面的性质，抑制凝血，增强材料的血液相容性。 Figure 2 PLLA表面静电自组装（PEI/BSA）n示意图 Company Logo

  12. 1. 引 言 • 意义及创新点： 1. 聚乳酸是目前最有潜力的生物高分子材料之一，对其进行表面改性，扩大其适用性意义重大。在PLLA膜基质表面层层静电自组装（PEI/BSA）n还未见报导，因而本文具有很强的实际意义。 2.通过简单的电解质相互作用在材料表面构建负载模型蛋白的多层体系，为进一步构建原位基因缓释体系提供科学依据，在学术思路上具有很强的创新性 。 Company Logo

  13. 8mg/mL PLLA的 CH2Cl2溶液 盐酸、乙醇预处理 2. 实 验 2.1.1 PLLA基体膜的制备 PLLA基体膜成形 浇注静置24h成膜 Company Logo

  14. 超纯水漂洗 N2流干燥 胺解活化后的PLLA表面 N2流干燥 超纯水漂洗 2. 实 验 2.1.2 PEI胺解PLLA基体表面 50％乙醇水溶液（15min） 1mg/mLPEI水溶液（20min） Company Logo

  15. N2流干燥 N2流干燥 超纯水漂洗 超纯水漂洗 2. 实 验 2.1.3 层层静电自组装制备（PEI/BSA）n复合膜 1mg/mLBSA水溶液（20min） 1mg/mLPEI水溶液（20min） 循环此过程 Company Logo

  16. X射线光电子能谱（XPS） 表面接触角（Contact Angle） 紫外（UV）分析组装过程中BSA增长情况 紫外（UV）研究组装膜在类体内环境中的溶解扩散过程 （PEI/BSA）n组装膜与（CS/BSA）n组装膜的稳定性比较 2. 实 验 2.2 组装膜性能测试 Company Logo

  17. 2. 实 验 2.2.1 X射线光电子能谱（XPS） Figure 3 XPS spectra of different PLLA substrates: unmodified (a), modified by PEI (b), modified by PEI/BSA (c). Company Logo

  18. 2. 实 验 2.2.1 X射线光电子能谱（XPS） 由Figure 3可见，样品(PEI/BSA)0仅出现C1s 和O1s的能谱峰，样品(PEI/BSA)0.5则出现N1s的能谱峰，证实PLLA表面胺解发生。 Table 1 Element content of different samples 样品(PEI/BSA)1中N1s能谱峰增强，并出现S2p的峰，说明胺解后带正电荷的PLLA表面成功组装吸附BSA。 Company Logo

  19. 2. 实 验 2.2.1 X射线光电子能谱（XPS） (a) (b) Figure 4 XPS carbon signals of PLLA: unmodified PLLA substrate(a) and PEI-activated PLLA substrate(b). 纯PLLA膜表面C1s可分解为三个谱峰，PLLA经PEI胺解活化后，新出现CC-N以及C-CONH-谱峰。 Company Logo

  20. 2. 实 验 2.2.1 X射线光电子能谱（XPS） Table 2 Surface Composition of Different Substrates Table 2显示：胺解活化后，表征CC=O和CC-O的谱峰相对含量减少，CC-H相对含量明显增大。 XPS结果证实PEI胺解PLLA后，表面主要由带正电荷的PEI组成，为进一步组装吸附带相反电荷的BSA奠定基础。 Company Logo

  21. 2. 实 验 2.2.2 表面接触角（Contact Angle） 胺解后PLLA膜基质表面接触角明显下降，组装过程中表面接触角变化并不明显。 另外，接触角随层数的交替变化，这证实了静电自组装的“层层交替增长”过程。 Figure 5 Changes of Contact angle with alternate deposition of PEI/BSA by the sessile drop method: 0, PLLA virgin substrate; 1, PEI-activated PLLA substrate; 2-6, BSA and PEI alternate layers. Company Logo

  22. 2. 实 验 2.2.3 组装过程BSA增长情况 随着组装层数的增加，PLLA表面BSA含量逐渐增大。 前三个双层BSA的平均吸附量要大于三个双层之后BSA的平均吸附量。这是由于不光滑的表面以及分布不均的电荷更有利于BSA的吸附。 Figure 6 The relationship between UV absorbency（278nm）and the number of assembly bilayers for (PEI/BSA)n films. Company Logo

  23. 2. 实 验 2.2.4 自组装膜的溶解扩散过程 随时间的延长，膜表面BSA浓度通过溶解扩散逐渐下降，但速率逐渐变小，在大约150h左右释放完全，由此说明该组装膜对BSA具有一定的缓释功能。 Figure 7 The remaining BSA percent of （PEI/BSA）5 film versus time in PBS(pH=7.4) solution at 36.7℃ Company Logo

  24. 2. 实 验 2.2.5 （PEI/BSA）n组装膜与（CS/BSA）n组装膜的稳定性比较 两种组装膜的洗脱速率都是由大变小，这是因为表层的BSA易于内层被洗脱。 (CS/BSA)n的洗脱速率始终要大于(PEI/BSA)n， (PEI/BSA)n膜的稳定性要高于(CS/BSA)n膜，这是因为CS在水中的溶解性较差，影响它的电性表达，从而组装膜的稳定性下降。 Figure 8 The remaining BSA percent on (PEI/BSA)5 and (CS/BSA)5 films versus elution time in 1% SDS aqueous solution (remaining BSA％=100％×(稳定后BSA吸收强度-洗脱时刻BSA吸收强度)/稳定后BSA吸收强度). Company Logo

  25. 3 组装过程中，BSA总的吸附量随组装层数而增加，粗糙的表面、不均匀的电荷分布有利于BSA的静电吸附 4 5 6 1 2 组装后PLLA表面亲水性大大增加，有利于细胞的生长与增殖 (PEI/BSA)n组装膜具有一定的缓释功能 PLLA表面(PEI/BSA)n组装膜的稳定性要大于(CS/BSA)n组装膜 PLLA膜基质表面通过PEI的大分子胺解活化后，能够带上电荷，进而实现静电自组装 静电自组装过程呈现“层层交替增长” 3. 结 论 Company Logo

  26. 4. 致 谢 衷心感谢化学与化学工程学院第七届（2006学年）创新化学实验与研究基金项目的支持！ 本篇论文从实验阶段到撰写过程，都得到了全大萍老师的悉心指导和大力支持，老师的谆谆教诲与严格要求，使我在四年学业的基础上得到很好的锻炼与提高，在此表示最深切的谢意。 同时，感谢上官习鹏师兄、何留民师兄、闫晓莉师姐、杨习锋师兄、杨伟红师兄、王暾师姐以及曾晨光师兄在实验和测试阶段给予的大力帮助。 最后，诚挚地感激我的爸爸妈妈，没有他们二十几年含辛茹苦的养育，就不会有今天的我！ Company Logo

  27. Thank You!

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