微纳梯度结构表面的可控构筑及生物应用研究

Gradient materials have great potential in tissue engineering, drug release, high-throughput screening and other biomedical fields. This project based on our research experience on micro-nano structure and surface combines inclined reactive ion etching with new characteristic elements such as thermal-induced gradient of charge density on polymer surface, realizing the preparation of bioactive materials and surfaces with controllable gradient morphology and surface property. On the one hand, it is a versatile tool to study the cell behaviors such as adhesion, migration and differentiation on surfaces with different gradients (morphology, protein density, stiffness…), to explore the cell-material interaction mechanism in cell migration and cell fate regulation or other biological processes, providing theoretical basis for tissue engineering and regenerative medicine material design. On the other hand, as a biological material interface detection system with high sensitivity, gradient materials can be applied to perform high-throughput detection and screening, or enhanced protein microarray detection to improve precision and efficiency in disease detection and proteome analysis.

梯度材料在组织工程材料、药物释放、高通量筛选检测等生物和医药领域具有重要的应用前景。本项目设计基于我们课题组在表面微纳结构方面的研究基础和经验，结合倾斜反应离子刻蚀和热诱导聚合物表面电荷密度梯度等具有研究特色的新方法，制备系列具有可控梯度渐变特性的生物活性材料和表面，实现微纳结构形态和表面性质的梯度控制，一方面用于研究细胞在拓扑结构、蛋白密度、材料硬度等各种参数的梯度表面的黏附、迁移、诱导分化等行为，探索细胞迁移、细胞命运调控等细胞-材料相互作用的过程和机制，为组织工程与再生医学材料设计提供理论帮助；另一方面，将这些梯度材料作为一种生物材料界面的高灵敏检测体系，利用结构参数连续渐变的特点实现高通量检测和筛选，应用于荧光增强蛋白质微阵列检测，以提高疾病检测、蛋白组学分析的精准性和高效性。

具有微纳结构的梯度材料在组织工程材料、药物筛选、高通量检测等生物和医药领域具有重要的应用前景。本项目中，我们制备了具有可控梯度渐变特性的生物活性材料和表面，将微纳结构设计和梯度材料表面应用于细胞行为调控和微纳流控器件构筑，并基于表面微纳结构开发了临床标志物非标记检测的新策略。基于纳米微加工技术和自组装技术制备了具有生物活性的梯度材料、智能响应表面和微流控器件等，开发了多种新型功能表界面和流体控制体系，并对材料制备参数进行优化，探讨了材料参数和其表面性质的关系。确立了细胞培养和表征体系，获得了细胞实验的初步结果，解决了梯度材料制备过程中的工艺问题；探讨了梯度微纳结构在微流控芯片体系对液体输运的控制和影响因素，基于梯度结构实现微量液体的可控释放，并基于梯度结构构建了可视化液体压力传感器；对可用于细胞培养的微纳功能水凝胶体系进行了探索，制备了可以快速成型的生物功能水凝胶体系；将微阵列系统用于临床抗原抗体免疫检测中，发展基于微纳结构的新型表面等离子体光学检测体系。针对新冠疫情的抗体蛋白质检测要求，结合我们的创新研究体系，将微阵列系统用于抗原抗体蛋白质免疫检测中，发展了基于微纳结构的新冠抗体免疫检测新策略，具有一定的应用前景。.