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理化所pH响应型可设计蛋白质基三维微结构研究取得新进展

发表日期: 2017-12-04
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  微纳尺度的可控刺激响应生物基材料微结构对生物医药领域具有重要意义。尤其是具有精确定义的几何形貌和可重复性好的智能响应型微尺度结构与器件一直是科研人员研究的热点。双光子聚合微纳加工作为一门新兴的微纳加工技术,为高精细三维微尺度结构的制备提供了有力工具,并可保证微尺度结构的几何形貌和制备可重复性。

  中科院理化所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室郑美玲项目研究员与天津大学化工学院邢金峰副教授合作,研究团队利用双光子聚合微加工技术制备了牛血清白蛋白(BSA)基三维微尺度结构,研究发现这类结构具有可控的表面形貌和pH响应性能。

  表面形貌对微尺度结构与器件的性能及应用极为重要,论文作者探究了微尺度结构形貌与聚合体系中BSA浓度之间的关系,实验表明随着BSA浓度的增加,结构表面形貌从明显粗糙且多孔状渐变为细腻光滑状,实现了从粗糙到光滑的可控转变。

  论文作者利用高浓度的蛋白设计和制备了具有可逆pH响应性能和表情多变的熊猫脸微浮雕来进一步考察BSA微尺度结构的刺激响应性能。发现这种微尺度结构在酸性和碱性环境的循环中都表现出了可逆溶胀性能。微尺度结构的可逆变形所导致的有趣的表情多变熊猫脸在图像识别和智能传感上具有潜在的应用价值。 

  作者进一步利用高浓度蛋白设计和制备了具有网孔结构的微筛功能性器件。由于高浓度蛋白微尺度结构在不同pH溶液中的溶胀行为明显,微筛在不同pH环境下可以被调控出具有不同尺寸的网孔,这种微筛功能器件为微粒可控筛选分离提供了可能性。 

  表面形貌可控的蛋白质基微尺度结构与器件的构筑,将为可精确定义几何形貌的微尺度结构的设计和制备提供参考,并且鉴于其良好的生物相容性和极具优势的pH响应行为,将为其在组织工程、再生医学、生物仿生和传感领域的潜在应用开辟新途径。 

  研究成果发表于《ACS Applied Materials and InterfaceDOI: 10.1021/acsami.7b14915)。 

  相关研究工作得到科技部纳米科技重点专项、国家自然科学基金重大研究计划集成项目、国家自然科学面上基金项目的大力支持。 

  论文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b14915  

含有不同BSA浓度的微尺度罗马浮雕(标尺:20 μm)

“表情多变”的BSA基三维微尺度熊猫浮雕(标尺:20 μm)

孔洞尺寸可调节的蛋白基微筛功能器件 (标尺:5 μm)

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