CN104087928A - 一种可见光高透过率的光响应纳米结构薄膜及其应用 - Google Patents

一种可见光高透过率的光响应纳米结构薄膜及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于组织工程领域，特别涉及一种可见光高透过率的光响应纳米结构薄膜及其应用。一种光响应纳米结构薄膜，其制备方法包括如下步骤：（1）光响应纳米颗粒均匀分散于水中形成质量分数为10~20%的纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液与醇和有机溶剂按：0.02~0.06:6~9:1~3的比例配成前驱体溶液；（2）将所述前驱体溶液按20~52μL/cm2的浓度均匀滴加到聚苯乙烯培养器皿上，然后在40~90℃的温度下干燥，干燥后即可获得晶粒尺寸为10~30nm，厚度为20nm～100nm，可见光透过率为89%~98%的光响应纳米结构薄膜。与现有技术相比，本发明方法具有细胞脱离效率高、对细胞损伤小、操作简便、适用细胞范围广等特点，具有很强的实用性。

Description

一种可见光高透过率的光响应纳米结构薄膜及其应用
技术领域
本发明属于组织工程领域，特别涉及一种可见光高透过率的光响应纳米结构薄膜及其应用。
背景技术
细胞培养（in vitro cell culture）是生物相关领域研究必不可少的技术。在体外细胞培养过程中如何减少操作过程中对细胞行为的不利影响因素，使细胞较好的粘附生在，从细胞水平上体现对药物或材料的响应，这些直接影响新药物与新型医用材料的研发。
大多数体外培养的细胞为贴壁细胞。目前常用的细胞培养器皿材料为聚苯乙烯，贴壁细胞通过细胞外基质（ECM）蛋白与基板作用从而粘附在聚苯乙烯细胞培养器皿表面。相关研究发现，基底材料表面的宏观亲疏水特性和表面带电性质对细胞外基质蛋白在基板上的吸附有着非常重要的影响。细胞外基质蛋白通常容易吸附在较为疏水或带正电的基板表面，，而不易于吸附在亲水或带大量负电的基板上。在进行大多数细胞相关实验时需要将细胞从培养基板表面上脱离下来。现有常规的方式是采用以胰酶为代表的消化酶将连接细胞与培养基板的细胞外基质蛋白消化掉，从而使细胞脱离培养基板表面。然而，这种方式中胰酶的用量和作用时间则需要较为精确的控制，否则可能同时将细胞膜消化，从而损伤细胞。而且，由于ECM上存在大量信号通道且具有一定的生物学功能，因此消化掉部分ECM的细胞可能无法否完整、可靠地反映出所要表征的效应。
近年来，采用温敏聚合物异丙基丙烯酰胺利用其亲疏水性可随温度变化的特性成功地通过温度变化实现了细胞从细胞培养器皿上可控脱离[N. Matsuda, T. Shimizu, M. Yamato, T. Okano, Tissue Engineering Based on Cell Sheet Technology, Advanced Materials, 2007, 19, 3089–3099]。但是，改变温度会影响细胞的活性，且操作过程复杂，所需要的操作时间也比较长。
发明内容
本发明提供一种可见光高透过率的光响应纳米结构薄膜，使用其进行细胞培养可以方便、快速、安全的使细胞从培养基板上脱离。
本发明还提供一种利用所述的光响应纳米结构薄膜制成的细胞培养器皿。
本发明还提供所述的光响应纳米结构薄膜在细胞培养方面的应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 
一种光响应纳米结构薄膜，其制备方法包括如下步骤：（1）光响应纳米颗粒均匀分散于水中形成质量分数为10~20%的纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液与醇和有机溶剂按：0.02~0.06:6~9:1~3的比例配成前驱体溶液；（2）将所述前驱体溶液按20~52μL/cm2的浓度均匀滴加到聚苯乙烯培养器皿上，然后在40~90℃的温度下干燥，干燥后即可获得晶粒尺寸为10~30nm，厚度为20nm～100nm，可见光透过率为89%~98%的光响应纳米结构薄膜。
本发明中，利用细胞外基质蛋白细胞易于吸附与带正电的基板表面而不易于吸附在带较大负电的表面等特性，选择在光照射下表面电性转变的光响应材料，并在细胞培养器皿的细胞接触表面形成高光透过率的光响应纳米材料薄膜作为细胞培养表面。所培养的细胞在经光照射后，表面带电性质发生变化，细胞外基质蛋白自发从培养器皿表面脱离，从而引起细胞脱附。
作为优选，所述光响应纳米颗粒为纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化镓、纳米氧化锆或纳米氧化铁。即，所述光响应纳米结构薄膜为纳米颗粒为纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化镓、纳米氧化锆或纳米氧化铁薄膜。
作为优选，所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
作为优选，所述有机溶剂是四氢呋喃、三氯甲烷或二氯甲烷。
一种利用述的光响应纳米结构薄膜制成的细胞培养器皿。一般，将本发明所述的光响应纳米结构薄膜制备于细胞培养器皿内即可。
一种所述的光响应纳米结构薄膜在细胞培养方面的应用，将所述的光响应纳米结构薄膜置于细胞培养器皿与细胞接触的表面上，在光响应纳米结构薄膜上进行体外细胞培养；在体外细胞培养完成后，通过紫外光或可见光照射处理使生长于所述光响应纳米结构薄膜表面的细胞从所述细胞培养器皿上脱附下来。在所述细胞培养器皿的细胞培养表面上进行并完成体外细胞培养后，通过从底部射入360~450nm的光照射处理，所述光响应纳米结构薄膜具有光至表面电荷变化性能，能使生长于所述细胞培养表面的细胞从所述细胞培养器皿表面脱附。
该方法可最大程度减小在细胞脱附时对细胞的损伤。该方法中所使用的细胞培养器皿包括：细胞培养器皿，并在所述细胞培养器皿的细胞接触表面上制备有光敏半导体结构层作为细胞培养表面。该器皿只需对现有技术中进行很小的改进即可实现，成本低，易于推广应用。
作为优选，光照射处理采用的光波长为360~450nm。
作为优选，光照射处理的照射时间为10~30分钟。
本发明中：所述细胞为在体外模拟生理环境下培养的贴壁细胞，所述细胞培养器皿为聚苯乙烯细胞培养器皿，可从市场购得。
与现有技术相比，本发明方法具有细胞脱离效率高、对细胞损伤小、操作简便、适用细胞范围广等特点，具有很强的实用性。本发明细胞培养器皿只需对现有技术中的细胞培养器皿进行很小的改进，成本低，易于实现，便于推广应用。
附图说明
图1为采用倒置生物显微镜观察实施例1中培养细胞在紫外光照前的倒置显微图；
图2为采用倒置生物显微镜观察实施例1中培养细胞在紫外光照后的倒置显微图；
图3为细胞计数法得到的实施例1和对照组中的脱离的细胞的数量对比图。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
检测细胞脱离数量采用的是细胞计数法。
检测可见光透过率用的是分光光度计，检测波段为800~350nm。
实施例1：
将尺寸为10nm的纳米氧化钛粉末均匀分散于水中形成质量分数为10%的纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液与乙醇和有机溶剂四氢呋喃按：0.02:6:1的比例配成前驱体溶液；将所述前驱体溶液按20μL/cm2的浓度均匀滴加到聚苯乙烯培养器皿上，然后在40℃的温度下干燥，干燥后即可获得晶粒尺寸为10nm，厚度为20nm的光响应纳米结构薄膜，可见光透过率为98%。将细胞在该培养皿表面培养24小时后，通过从底部射入360nm的光照射处理，10分钟后细胞脱离率达到90.5%。
采用倒置生物显微镜观察在紫外光照前和光照后的培养细胞，倒置显微图见图1和图2；细胞计数法得到的本实施例和对照组中的脱离的细胞的数量对比见图3。
 
实施例2：
将尺寸为30nm的纳米氮化镓粉末均匀分散于水中形成质量分数为20%的纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液与丙醇和有机溶剂三氯甲烷按： 0.06: 9: 3的比例配成前驱体溶液；将所述前驱体溶液按52μL/cm2的浓度均匀滴加到聚苯乙烯培养器皿上，然后在90℃的温度下干燥，干燥后即可获得晶粒尺寸为30nm，厚度为100nm的光响应纳米结构薄膜，可见光透过率为89%。。将细胞在该培养皿表面培养24小时后，通过从底部射入450nm的光照射处理，30分钟后细胞脱离率达到92.6%。
 
实施例3：
将尺寸为20nm的纳米氧化锌粉末均匀分散于水中形成质量分数为15%的纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液与甲醇和有机溶剂二氯甲烷按：0.04:8:2的比例配成前驱体溶液；将所述前驱体溶液按40μL/cm2的浓度均匀滴加到聚苯乙烯培养器皿上，然后在70℃的温度下干燥，干燥后即可获得晶粒尺寸为20nm，厚度为60nm的光响应纳米结构薄膜，可见光透过率为93%。将细胞在该培养皿表面培养24小时后，通过从底部射入400nm的光照射处理，20分钟后细胞脱离率达到89.6%。
 
实施例4：
将尺寸为10nm的纳米氧化锆粉末均匀分散于水中形成质量分数为10%的纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液与丁醇和有机溶剂四氢呋喃按：0.02: 9:1的比例配成前驱体溶液；将所述前驱体溶液按52μL/cm2的浓度均匀滴加到聚苯乙烯培养器皿上，然后在60℃的温度下干燥，干燥后即可获得晶粒尺寸为10nm，厚度为65nm的光响应纳米结构薄膜，可见光透过率为95%。将细胞在该培养皿表面培养24小时后，通过从底部射入380nm的光照射处理，15分钟后细胞脱离率达到90.7%。
 
实施例5：
将尺寸为30nm的纳米氧化铁粉末均匀分散于水中形成质量分数为20%的纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液与乙醇和有机溶剂三氯甲烷按： 0.06:7:1~3的比例配成前驱体溶液；将所述前驱体溶液按25μL/cm2的浓度均匀滴加到聚苯乙烯培养器皿上，然后在90℃的温度下干燥，干燥后即可获得晶粒尺寸为30nm，厚度为25nm的光响应纳米结构薄膜，可见光透过率为96%。将细胞在该培养皿表面培养24小时后，通过从底部射入430nm的光照射处理，25分钟后细胞脱离率达到91.2%。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种可见光高透过率的光响应纳米结构薄膜，其特征在于其制备方法包括如下步骤：
（1）光响应纳米颗粒均匀分散于水中形成质量分数为10~20%的纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液与醇和有机溶剂按：0.02~0.06:6~9:1~3的比例配成前驱体溶液；
（2）将所述前驱体溶液按20~52μL/cm2的浓度均匀滴加到聚苯乙烯培养器皿上，然后在40~90℃的温度下干燥，干燥后即可获得晶粒尺寸为10~30nm，厚度为20nm～100nm，可见光透过率为89%~98%的光响应纳米结构薄膜。
2.根据权利要求1所述的光响应纳米结构薄膜，其特征在于：所述光响应纳米颗粒为纳米氧化钛、纳米氧化锌、纳米氮化镓、纳米氧化锆或纳米氧化铁。
3.根据权利要求1所述的光响应纳米结构薄膜，其特征在于：所述醇为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇。
4.根据权利要求1所述的光响应纳米结构薄膜，其特征在于：所述有机溶剂是四氢呋喃、三氯甲烷或二氯甲烷。
5.一种利用权利要求1所述的光响应纳米结构薄膜制成的细胞培养器皿。
6.一种权利要求1所述的光响应纳米结构薄膜在细胞培养方面的应用，其特征在于：将所述的光响应纳米结构薄膜置于细胞培养器皿与细胞接触的表面上，在光响应纳米结构薄膜上进行体外细胞培养；在体外细胞培养完成后，通过紫外光或可见光照射处理使生长于所述光响应纳米结构薄膜表面的细胞从所述细胞培养器皿上脱附下来。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：光照射处理采用的光波长为360~450nm。
8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于：光照射处理的照射时间为10~30分钟。
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