微納尺度的可控刺激響應(yīng)生物基材料微結(jié)構(gòu)對生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有重要意義。尤其是具有定義的幾何形貌和可重復(fù)性好的智能響應(yīng)型微尺度結(jié)構(gòu)與器件一直是研究熱點(diǎn)。雙光子聚合微納加工作為一門新興的微納加工技術(shù)，為高精細(xì)三維微尺度結(jié)構(gòu)的制備提供了有力工具，并可保證微尺度結(jié)構(gòu)的幾何形貌和制備可重復(fù)性。
中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生智能界面科學(xué)中心有機(jī)納米光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目研究員鄭美玲，與天津大學(xué)化工學(xué)院副教授邢金峰合作，利用雙光子聚合微加工技術(shù)制備了牛血清白蛋白（BSA）基三維微尺度結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)這類結(jié)構(gòu)具有可控的表面形貌和pH響應(yīng)性能。
表面形貌對微尺度結(jié)構(gòu)與器件的性能及應(yīng)用極為重要，論文探究了微尺度結(jié)構(gòu)形貌與聚合體系中BSA濃度之間的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)表明隨著BSA濃度的增加，結(jié)構(gòu)表面形貌從明顯粗糙且多孔狀漸變?yōu)榧?xì)膩光滑狀，實(shí)現(xiàn)從粗糙到光滑的可控轉(zhuǎn)變。
研究團(tuán)隊(duì)利用高濃度的蛋白設(shè)計(jì)、制備具有可逆pH響應(yīng)性能和“表情多變”的熊貓臉微浮雕，來進(jìn)一步考察BSA微尺度結(jié)構(gòu)的刺激響應(yīng)性能。研究發(fā)現(xiàn)，這種微尺度結(jié)構(gòu)在酸性和堿性環(huán)境的循環(huán)中均表現(xiàn)出可逆溶脹性能。微尺度結(jié)構(gòu)的可逆變形導(dǎo)致的有趣的“表情多變”熊貓臉在圖像識別和智能傳感上具有潛在的應(yīng)用價值。
科研人員進(jìn)一步利用高濃度蛋白設(shè)計(jì)和制備具有網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)的微篩功能性器件。由于高濃度蛋白微尺度結(jié)構(gòu)在不同pH溶液中的溶脹行為明顯，微篩在不同pH環(huán)境下可以被調(diào)控出具有不同尺寸的網(wǎng)孔，這種微篩功能器件為微粒可控篩選分離提供了可能性。
表面形貌可控的蛋白質(zhì)基微尺度結(jié)構(gòu)與器件的構(gòu)筑，將為可定義幾何形貌的微尺度結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制備提供參考，并鑒于其良好的生物相容性和優(yōu)勢的pH響應(yīng)行為，將為其在組織工程、再生醫(yī)學(xué)、生物仿生和傳感領(lǐng)域的潛在應(yīng)用開辟新途徑。
相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS applied Materials and Interface上。研究工作得到科技部納米科技重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目、國家自然科學(xué)面上基金項(xiàng)目的支持。
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