CN111234277A - 磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法及其应用。该磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法包括：将聚二甲基硅氧烷PDMS与超顺磁性纳米颗粒或经过包裹修饰的超顺磁性纳米颗粒物理混合，得到含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS溶液；将含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS溶液，使用匀胶机甩胶，得到含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜；将含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜，放入平行磁铁中加温固化，通过磁场驱动超顺磁性纳米颗粒自组装，形成磁致多尺寸条纹薄膜结构。本发明所得到的磁致多尺寸条纹薄膜结构能有效促进人骨髓间充质干细胞的粘附以及分化，并可向导细胞沿着条纹取向性生长。该制备方法简单、成本较低、尺寸可控，极大的方便了干细胞在生物治疗等领域的研究。

Description

磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及一种磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法及该磁致多尺寸条纹薄膜结构在细胞接触诱导调控方面的应用，属于生物材料制备及应用技术领域。
背景技术
具有微观几何图案的表面拓扑结构可通过“接触向导”作用有效增强细胞的增值、取向性运动、迁移能力，以及诱导干细胞分化的作用。细胞取向性生长机制研究对基础细胞生物学、细胞生物传感器、药物筛选等生物医学工程、细胞-材料相互作用的研究具有十分最重要的意义。但目前微图案的制备需要借助光刻蚀技术和自组装技术，所涉及到的设备价格昂贵，操作过程繁杂，条件严苛，制作成本较高，进而限制了其在血管组织工程领域中的进一步应用。
随着材料科学以及组织工程的发展，人们逐渐开发更方便可行的方法制备各向异性表面拓扑结构。磁场由于具有远端非接触操控等优点，在生物医学领域具有广泛的应用前景。近年来，磁致图案形貌受到了研究者的广泛关注。
发明内容
本发明旨在提供一种磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法及该磁致多尺寸条纹薄膜结构在细胞接触诱导调控方面的应用。
为达到上述一个目的，本发明提供了一种磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，该方法包括：
步骤1：将聚二甲基硅氧烷(PDMS)与超顺磁性纳米颗粒或经过包裹修饰的超顺磁性纳米颗粒物理混合，得到含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS溶液；
步骤2：将含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS溶液，使用匀胶机甩胶，得到含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜；
步骤3：将含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜，放入平行磁铁中，加温固化，通过磁场驱动超顺磁性纳米颗粒自组装，形成磁致多尺寸条纹薄膜结构。
在本发明的一个实施例中，所述步骤1包括：分别使用预聚物A液和固化剂B液以一定的比例混合配置PDMS，使用混胶机混匀，之后加入一定比例的磁性铁粉，再次使用混胶机混匀，制备得到含有铁粉颗粒的PDMS溶液。
在本发明的一个实施例中，所述预聚物A液和固化剂B液分别以质量比5∶1、10∶1、20∶1或30∶1混合；所述磁性铁粉包括羰基铁粉、多粒径的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒，以及以硅油为基液的磁流变液；所述混胶机转速为1000-3000r，混胶时间3-15分钟。
在本发明的一个实施例中，所述羰基铁粉颗粒尺寸在3-5μm；多粒径的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒在磁性铁粉中的配置比例为2％-70％(wt)。
在本发明的一个实施例中，所述磁流变液中磁性颗粒为羰基铁粉，铁粉颗粒直径3-5μm。
在本发明的一个实施例中，步骤2中所述匀胶机转速及时间参数分别为：低速：1000-3000r，时间30-100s；高速：4000-7000r，时间30-100s；步骤2中所述含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜，厚度范围在10-200μm。
在本发明的一个实施例中，步骤3中所述平行磁铁采用钕铁硼永磁铁，磁场强度范围为10-300mT；步骤3中所述加温固化采用的固化温度为80-150℃，固化时间10-120分钟；步骤3中所述磁致多尺寸条纹薄膜结构，条纹尺寸直径范围在2-100μm，间隔尺寸在2-300μm。
在本发明的一个实施例中，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基胶，所述超顺磁性纳米颗粒采用羰基铁粉和多粒径的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒。
为达到上述另一个目的，本发明提供了一种磁致多尺寸条纹薄膜结构在细胞接触诱导调控方面的应用。
在本发明的一个实施例中，所述磁致多尺寸条纹薄膜结构用于促使人骨髓间充质干细胞(hMSC)粘附、向成骨方向分化，调控hMSC沿着条纹形貌取向性生长。
从上述技术方案可以看出，本发明的有益效果：
1、本发明提供的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，使用磁场驱动超顺磁性颗粒自组装技术形成尺寸可控的磁致多尺寸条纹薄膜结构。该制备方法简单、成本较低、尺寸可控，极大的方便了干细胞在生物治疗等领域的研究。
2、本发明提供的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，确定了影响条纹形貌的参数，通过利用本方法得到的条纹形貌结构，可有效促进人骨髓间充质干细胞(hMSC)的粘附以及分化，并可向导细胞沿着条纹取向性生长，该有序条纹阵列结构制备方法简单、成本较低、尺寸可控。
附图说明
图1是本发明提供的制备磁致多尺寸条纹薄膜结构的方法流程图。
图2为依照本发明实施例1制备的磁致多尺寸条纹薄膜结构中条纹形貌光镜图。
图3为依照本发明实施例2制备的磁致多尺寸条纹薄膜结构中条纹形貌光镜图。
图4为依照本发明实施例3制备的磁致多尺寸条纹薄膜结构中条纹形貌光镜图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供了一种磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法及该磁致多尺寸条纹薄膜结构在细胞接触诱导调控方面的应用，通过磁场驱动基胶内部超顺磁性颗粒自组装成过尺寸条纹形貌。所述基胶为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，超顺磁性颗粒分别使用羰基铁粉和多粒径的四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4)。将PDMS与超顺磁性纳米颗粒或经过包裹修饰的超顺磁性纳米颗粒物理混合，经匀胶制备不同厚度PDMS薄膜，在外部平行磁场的作用下加温固化，形成磁致多尺寸条纹薄膜结构。
如图1所示，图1是本发明提供的制备磁致多尺寸条纹薄膜结构的方法流程图，该方法包括：
步骤1：将聚二甲基硅氧烷(PDMS)与超顺磁性纳米颗粒或经过包裹修饰的超顺磁性纳米颗粒物理混合，得到含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS溶液；
在本步骤中，分别使用预聚物A液和固化剂B液以一定的比例混合配置PDMS，使用混胶机混匀，之后加入一定比例的磁性铁粉，再次使用混胶机混匀，制备得到含有铁粉颗粒的PDMS溶液；
所述预聚物A液和固化剂B液分别以质量比5∶1、10∶1、20∶1或30∶1混合；所述磁性铁粉包括羰基铁粉、多粒径的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒，以及以硅油为基液的磁流变液；所述混胶机转速为1000-3000r，混胶时间3-15分钟；
所述羰基铁粉颗粒尺寸在3-5μm；多粒径的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒在磁性铁粉中的配置比例为2％-70％(wt)；磁流变液中磁性颗粒为羰基铁粉，铁粉颗粒直径3-5μm。
步骤2：将含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS溶液，使用匀胶机甩胶，得到含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜；
在本步骤中，所述匀胶机转速及时间参数分别为：低速：1000-3000r，时间30-100s；高速：4000-7000r，时间30-100s；所述含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜，厚度范围在10-200μm。
步骤3：将含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜，放入平行磁铁中，加温固化，通过磁场驱动超顺磁性纳米颗粒自组装，形成磁致多尺寸条纹薄膜结构；
在本步骤中，所述平行磁铁采用钕铁硼永磁铁，磁场强度范围为10-300mT；所述加温固化采用的固化温度为80-150℃，固化时间10-120分钟；所述磁致多尺寸条纹薄膜结构，条纹尺寸直径范围在2-100μm，间隔尺寸在2-300μm。
基于上述本发明提供的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，本发明还提供了上述方法制备的磁致多尺寸条纹薄膜结构在细胞接触诱导调控方面的应用。具体而言，所述磁致多尺寸条纹薄膜结构用于促使人骨髓间充质干细胞(hMSC)粘附、向成骨方向分化，调控hMSC沿着条纹形貌取向性生长。
下面通过3个具体实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法及其在调控细胞行为方面的应用，包括以下步骤；
(1)PDMS胶与超顺磁性纳米物质均匀混合，制备得到磁性颗粒均匀分布的PDSM溶液；
分别使用预聚物A液和固化剂B液按质量比10∶1的比例配置PDMS，使用混胶机(ARE-250)混匀，混匀参数：转速2000r，时间3min。混匀后加入超顺磁性纳米颗粒Fe3O4，其质量为上述PDMS总质量的30％，使用混胶机混匀，混匀参数为：转速2000r，时间12min。制备得到磁性颗粒均匀分布的PDSM溶液。
(2)含有磁性颗粒的PDMS薄膜制备
将上述制备得到PDMS混合溶液滴加在直径为8mm的盖玻片上，使用匀胶机(KW-4A)甩胶，制备得到含有铁粉的PDMS薄膜。甩胶参数：低速2000r，时间60s；高速6000r，时间60s。所制备得到的PDMS薄膜厚度为10±2μm。
(3)磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备
将上述制备得到的PDMS薄膜，放入磁铁夹具中，磁铁夹具可以很好的控制磁铁中间区域磁铁的强度，磁铁选择钕铁硼磁铁，表面磁场强度35mT。75℃加温固化20min，通过磁场驱动铁颗粒自组装，得到磁致多尺寸条纹薄膜结构。
(4)使用上述制备的磁致多尺寸条纹薄膜结构的薄膜结构进行干细胞培养，观察其对干细胞分化的影响，可发现该结构可调控人骨髓间充质干细胞(hMSC)沿着条纹形貌取向性生长。
实施例2：
磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法及其在调控细胞行为方面的应用，包括以下步骤；
(1)PDMS胶与超顺磁性纳米物质均匀混合，制备得到磁性颗粒均匀分布的PDSM混合液；
分别使用预聚物A液和固化剂B液按质量比20∶1的比例配置PDMS，使用混胶机(ARE-250)混匀，混匀参数：转速2000r，时间3min。混匀后加入磁流变液，质量分数3％，使用混胶机混匀，混匀参数为：转速2000r，时间10min。制备得到磁性颗粒均匀分布的PDSM混合液。
(2)含有磁性颗粒的PDMS薄膜制备
将上述制备得到PDMS混合溶液滴加在直径为8mm的盖玻片上，使用匀胶机(KW-4A)甩胶，制备得到含有铁粉的PDMS薄膜。甩胶参数：低速2000r，时间30s；高速4000r，时间80s。所制得PDMS薄膜厚度大概为20±3μm。
(3)条纹形貌的制备
将上述制备得到的PDMS薄膜，放入磁铁夹具中，磁铁夹具可以很好的控制磁铁中间区域磁铁的强度，磁铁选择钕铁硼磁铁，表面磁场强度20mT。75℃加温固化40min，通过磁场驱动铁颗粒自组装，得到磁致多尺寸条纹薄膜结构。
(4)使用上述制备的磁致多尺寸条纹薄膜结构进行干细胞培养，观察干细胞在多尺寸条纹图案接触诱导对其分化的调控作用，可发现该结构可调控hMSC沿着条纹形貌取向性生长。进而对碱性磷酸酶进行标记，发现其向成骨方向分化。
实施例3：
磁致多尺寸条纹薄膜结构制备方法及在细胞接触诱导调控方面的应用，包括以下步骤；
(1)PDMS胶与超顺磁性纳米物质均匀混合
分别使用预聚物A液和固化剂B液按质量比30∶1的比例配置PDMS，使用混胶机(ARE-250)混匀，混匀参数：转速2000r，时间5min。混匀后加入磁流变液，质量分数10％，使用混胶机混匀，混匀参数为：转速2000r，时间10min。制备得到磁性颗粒均匀分布的PDSM混合液。
(2)含有磁性颗粒的PDMS薄膜制备
将上述制备得到PDMS混合溶液滴加在直径为8mm的盖玻片上，使用匀胶机(KW-4A)甩胶，制备得到含有铁粉的PDMS薄膜。甩胶参数：低速1000r，时间40s；高速4000r，时间50s。所制得PDMS薄膜厚度大概为30±3μm。
(3)条纹形貌的制备
将上述制备得到的PDMS薄膜，放入磁铁夹具中，磁铁夹具可以很好的控制磁铁中间区域磁铁的强度，磁铁选择钕铁硼磁铁，表面磁场强度80mT。75℃加温固化50min，通过磁场驱动铁颗粒自组装，得到磁致多尺寸条纹薄膜结构。
(4)使用上述制备的具有磁致多尺寸条纹薄膜结构的薄膜结构进行干细胞培养，观察其对干细胞分化的影响，可发现该结构可调控hMSC沿着条纹形貌取向性生长。继而对碱性磷酸酶进行标记，发现其向成骨方向分化。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：将聚二甲基硅氧烷(PDMS)与超顺磁性纳米颗粒或经过包裹修饰的超顺磁性纳米颗粒物理混合，得到含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS溶液；
步骤2：将含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS溶液，使用匀胶机甩胶，得到含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜；
步骤3：将含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜，放入平行磁铁中，加温固化，通过磁场驱动超顺磁性纳米颗粒自组装，形成磁致多尺寸条纹薄膜结构。
2.根据权利要求1所述的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：
分别使用预聚物A液和固化剂B液以一定的比例混合配置PDMS，使用混胶机混匀，之后加入一定比例的磁性铁粉，再次使用混胶机混匀，制备得到含有铁粉颗粒的PDMS溶液。
3.根据权利要求2所述的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，其特征在于，
所述预聚物A液和固化剂B液分别以质量比5∶1、10∶1、20∶1或30∶1混合；
所述磁性铁粉包括羰基铁粉、多粒径的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒，以及以硅油为基液的磁流变液；
所述混胶机转速为1000-3000r，混胶时间3-15分钟。
4.根据权利要求3所述的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，其特征在于，所述羰基铁粉颗粒尺寸在3-5μm；多粒径的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒在磁性铁粉中的配置比例为2％-70％(wt)。
5.根据权利要求3所述的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，其特征在于，所述磁流变液中磁性颗粒为羰基铁粉，铁粉颗粒直径3-5μm。
6.根据权利要求1所述的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，其特征在于，
步骤2中所述匀胶机转速及时间参数分别为：低速：1000-3000r，时间30-100s；高速：4000-7000r，时间30-100s；
步骤2中所述含有超顺磁性纳米颗粒的PDMS薄膜，厚度范围在10-200μm。
7.根据权利要求1所述的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，其特征在于，
步骤3中所述平行磁铁采用钕铁硼永磁铁，磁场强度范围为10-300mT；
步骤3中所述加温固化采用的固化温度为80-150℃，固化时间10-120分钟；
步骤3中所述磁致多尺寸条纹薄膜结构，条纹尺寸直径范围在2-100μμm，间隔尺寸在2-300μμm。
8.根据权利要求1所述的磁致多尺寸条纹薄膜结构的制备方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为基胶，所述超顺磁性纳米颗粒采用羰基铁粉和多粒径的四氧化三铁(Fe3O4)纳米颗粒。
9.一种权利要求1～8中任一项所述方法制备的磁致多尺寸条纹薄膜结构在细胞接触诱导调控方面的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述磁致多尺寸条纹薄膜结构用于促使人骨髓间充质干细胞(hMSC)粘附、向成骨方向分化，调控hMSC沿着条纹形貌取向性生长。
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