【摘 要】
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反蛋白石因其灵活可控的微纳结构以及特有的光学特性成为了组织工程领域的研究重点之一。反蛋白石拥有均匀的孔隙和互连窗口,有利于细胞分布、分化以及生物大分子的扩散等,作为生物医学的仿生支架,其高度可调和精确控制的特性将导致研究组织工程和再生医学的范式转变。此外,受大自然中动植物的启发,人造驱动器得到了广泛的研究,它可以响应外界环境信号的变化,如光、电、磁、热、pH和湿度等变化。将具有自驱动特性的细胞整合
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反蛋白石因其灵活可控的微纳结构以及特有的光学特性成为了组织工程领域的研究重点之一。反蛋白石拥有均匀的孔隙和互连窗口,有利于细胞分布、分化以及生物大分子的扩散等,作为生物医学的仿生支架,其高度可调和精确控制的特性将导致研究组织工程和再生医学的范式转变。此外,受大自然中动植物的启发,人造驱动器得到了广泛的研究,它可以响应外界环境信号的变化,如光、电、磁、热、pH和湿度等变化。将具有自驱动特性的细胞整合到反蛋白石基底上便可以构建复合型仿生驱动器,它避免了复杂繁琐的设备,可以对复杂的环境信号产生直观可视化的响应信号,在生物医学传感和组织医学等领域具有巨大的应用潜力。本论文的研究工作在垂直沉积法制备胶体晶体模板的技术基础上,开发了具有各向异性的反蛋白石薄膜,构建了复合型仿生驱动器,实现了仿生鱼的设计、心脏芯片的构建以及心脏药物的评估,具体工作如下:(1)制备反蛋白石结构的聚合物薄膜:利用垂直沉积法制备了周期性紧密堆积的二氧化硅模板,以聚偏氟乙烯为原材料,制备了具有周期性孔洞的反蛋白石薄膜,探索了反蛋白石薄膜的结构特征及光学特性并实现了双响应传感器的构建;(2)各向异性的反蛋白石薄膜的制备及其对心肌细胞的作用:利用模板牺牲法制备了反蛋白石薄膜,然后通过水浴加热,外力拉伸,得到具有周期性椭圆大孔结构的反蛋白石薄膜。经过水凝胶修饰,各向异性的薄膜具有良好的生物相容性并且可诱导心肌细胞取向生长,为组织传感和心脏芯片提供了技术支持;(3)基于复合型仿生驱动器构建仿生系统和心脏芯片:在各向异性的反蛋白石薄膜上可控的培养心肌细胞,构建了复合型仿生驱动器,制备了具有自主摆尾功能的仿生孔雀鱼。此外,将复合型仿生驱动器整合到微流控装置中构建了可视化心脏芯片,实现了对心肌细胞博动频率和幅度的实时光学反馈,完成了心脏药物的评估。
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