柔性介观加工技术推动医学与柔性光电子器件的发展

高精度天然聚合物微纳米结构在细胞培养,再生医学,生物电子学,组织工程,可降解植入和光子学等领域具有重要运用前景。常用的微纳米制备工艺通常可分为两类-自上而下的刻蚀技术和自下而上自组装的技术。其中,光刻加工技术是微细制造领域应用较早并仍被广泛采用的一类微制造技术。技术通过非接触方式直接制备高空间分辨率图案,防止接触污染,并且不需要高温高压模具另一方面,近年来,由于从羊毛提取的羊毛角蛋白具有优异的水溶性,良好的生物相容性和可控的降解性,羊毛角蛋白在生物医学和制药领域受到科研人员的极大关注。但羊毛角蛋白自身通常不能自组装形成再生微纳材料,限制了羊毛角蛋白的进一步应用。

近日,厦门大学物理科学与技术学院林友辉副教授、刘向阳教授首次使用羊毛角蛋白作为绿色、无毒水基类光刻胶(图1)。在没有显著改变羊毛角蛋白结构和功能的前提下,对角蛋白进行简单的生物化学修饰使其获得光敏感性。结合传统光刻技术,使用光敏性羊毛角蛋白作为类光刻胶制备高精度蛋白质图案。在紫外光照射下,光引发剂引发角蛋白分子之间化学交联,形成不溶于水的空间网络结构。实验成功制备了各种图形的蛋白质微结构,并且得到精度达到2 μm的蛋白质微图案(图2)。表明使用角蛋白作为类光刻胶生物材料是完全可行的。通过细胞实验,免疫原性实验证明所制备的角蛋白材料绿色无毒,不会引起免疫反应。角蛋白微结构具有多个重要的应用场景。例如,在不需要使用细胞黏附配体下,可直接利用角蛋白自身微结构实现对细胞进行空间定位和生长方向的引导。其次,通过周期性微结构的设计调节在宏观上可以观察到周期性角蛋白微结构的虹彩效应。表明该材料在生物光电子学和可植入生物传感器等领域具有巨大的潜在应用前景。此外,通过掺杂各种功能分子和材料,如荧光染料,辣根过氧化物酶,金簇,金纳米颗粒等,可轻易将角蛋白光刻胶功能化,有望将羊毛角蛋白生物图案进一步运用于组织工程,医学成像和光电子器件等领域。

以“使用羊毛角蛋白作为类光刻胶制备高精度蛋白质图案”为题,该论文近日发表在著名杂志《先进材料》上。该论文的第一作者是物理科学与技术学院物理学系2016级硕士研究生朱水洪同学,通讯作者为林友辉副教授刘向阳教授。该工作得到了国家自然科学基金、国家高等学校学科创新引智计划、教育部基金、厦门大学九江研究院和厦门大学校长基金的资助。

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1羊毛纤维多级结构以及修饰后羊毛角蛋白的交联原理示意图。

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2 a) 水基光刻法制备流程图。b-m)不同角蛋白微图案的扫描电子显微镜图像。

 

论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.201900870