原子力顯微鏡在組織工程中起著重要的作用

組織工程是近年來興起的多學(xué)科交叉的前沿科學(xué)。細胞和支架是最重要的部分，研究泛。細胞提供生物功能，支架提供細胞生長平臺。組織建設(shè)不僅要考慮支架的宏觀機構(gòu)、細胞水平的表面微結(jié)構(gòu)，還要考慮亞細胞水平的納米結(jié)構(gòu)、皮牛頓細胞和分子間作用力。前兩個結(jié)構(gòu)層次有很多研究和制備方法，但對納米層次的了解不夠，結(jié)構(gòu)控制方法有限。納米技術(shù)使亞細胞水平設(shè)備的構(gòu)建成為可能，納米技術(shù)在組織工程中的應(yīng)用成為一個新的不斷發(fā)展的領(lǐng)域。原子力顯微鏡作為納米檢測、納米操作的重要手段，在組織工程中發(fā)揮著越來越重要的作用。

       近十年來，支撐材料的研究熱點之一是材料表面結(jié)構(gòu)對種子細胞的影響。研究人員希望深入了解特征表面形態(tài)如何誘導(dǎo)細胞形態(tài)變化、細胞粘附、遷移、生長、凋亡、基因調(diào)節(jié)和組織結(jié)構(gòu)。通過AFM觀察發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)?shù)臈l件下，該混合系統(tǒng)可以形成具有特征納米級表面結(jié)構(gòu)的薄膜。這種聚合物分層法制成的薄膜表面是單一的PS成分，納米級島狀結(jié)構(gòu)的高度可以調(diào)節(jié)，特別適合研究不同高度納米表面結(jié)構(gòu)對細胞生長的影響。成纖維細胞的研究結(jié)果表明，細胞對材料表面的島狀結(jié)構(gòu)敏感，細胞形態(tài)、粘附和遷移，與細胞外基質(zhì)形成相關(guān)的基因隨島狀結(jié)構(gòu)的高度而變化。培養(yǎng)一周后，內(nèi)皮細胞的形態(tài)分布與脈管組織在體內(nèi)形成過程中的形態(tài)相似，表明島狀結(jié)構(gòu)本身可以起到類似細胞外基質(zhì)的生理誘導(dǎo)作用。以上方法形成的納米結(jié)構(gòu)形態(tài)不規(guī)則。結(jié)果表明，F(xiàn)n吸附在孔的邊緣，形成圓形結(jié)構(gòu)，而Fn在相同物質(zhì)的光滑膜上形成相互連接的纖維結(jié)構(gòu)，表明吸附Fn的結(jié)構(gòu)與基底的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。進一步的內(nèi)皮細胞和心肌細胞培養(yǎng)結(jié)果表明，蜂種細胞在蜂窩狀膜上形成的吸附結(jié)構(gòu)決定了蜂窩狀膜的生物學(xué)反應(yīng)不同于平板膜。了解細胞外基質(zhì)納米級拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及細胞外基質(zhì)與生物材料之間的關(guān)系對組織工程人工細胞外基質(zhì)的構(gòu)建起著重要的指導(dǎo)作用。重要的細胞外基質(zhì)蛋白I型膠原蛋白具有特殊的纖維結(jié)構(gòu)，其形成與溶液濃度、溶液成分、基底表面結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等因素有關(guān)。通過AFM對I型膠原蛋白和I型膠原蛋白在不同聚合物基底上的結(jié)構(gòu)和吸附研究發(fā)現(xiàn)，I型膠原蛋白在聚苯乙烯(PS)上的吸附強于一系列聚甲基丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸酯側(cè)鏈的長度影響膠原蛋白形成的分枝纖維的長度。Elliott等u采用端基為COOH一，NH。硫代烷烴制成均勻的單層膜，是膠原纖維的基底。研究表明，膠原纖維超級結(jié)構(gòu)的形成取決于基底的化學(xué)成分，而粗膠原纖維的接觸角僅大于83。當(dāng)接觸角小于63時，表面生成。粗膠原纖維不能形成。對蛋白質(zhì)一材料的吸附規(guī)律有深入的了解，對仿生材料的制備有很好的指導(dǎo)作用。

       AFM不僅是納米結(jié)構(gòu)檢測的有效手段，其納米針尖和精密壓電控制系統(tǒng)使其成為納米控制和生產(chǎn)的有力工具，通過適當(dāng)?shù)姆椒刂铺结樀牧鸵苿榆壽E，可用于書寫納米圖案，該技術(shù)稱為掃描探針蝕刻。一次性掃描AFM探針，誘導(dǎo)聚己內(nèi)酯和聚乙烯基對苯二甲酸酯薄膜上穩(wěn)定的條紋納米圖形。通過調(diào)整施加力的大小、掃描速度和角度，可以改變形成的圖形高度、周期性和方向。