智能水凝胶薄膜:调控疏水性和拓扑结构捕获和释放癌细胞

small-wangshutao生物界面的设计在疾病诊断、生物医药、组织工程等领域都有十分重要的意义。传统的生物界面设计或着眼于表面化学的调控,或关注于表面拓扑结构的构筑。若将两者相结合则可以显著提高生物界面的性能,比如在纳米结构基底上修饰响应性分子能极大提高循环肿瘤细胞的捕获和释放效率。然而,这样的生物界面往往需要先构筑表面微纳米结构,再进行表面化学修饰;对外界响应主要由化学修饰实现。如何实现表面化学和结构的同时调控成为一个难题。

最近,中国科学院理化技术研究所仿生材料与界面科学院重点实验室王树涛课题组设计了一种智能热响应性水凝胶薄膜,通过同时调控表面疏水性和拓扑结构,能在人体生理温度37 oC下捕获癌细胞,并在室温下将捕获的细胞释放。该薄膜由热响应性高分子聚异丙基丙烯酰胺交联而成,在37 oC时呈现疏水的性质,发生表面皱缩形成三维结构。此时通过疏水作用修饰特异性抗体,抗体能与乳腺癌细胞表面抗原相互作用从而使薄膜能捕获癌细胞,表面的褶皱为细胞提供了更多粘附位点;将捕获了癌细胞的水凝胶薄膜降温到25 oC,水凝胶呈现出亲水性质,表面变平滑,疏水作用消失,癌细胞也随之被释放。

这种新型智能水凝胶薄膜可以有效地实现乳腺癌细胞的捕获与释放(活性达97%),提供了一种恶性肿瘤血液检测的新方法,这项研究将为智能生物界面的设计带来新的思路。相关论文发表于Small(DOI: 10.1002/smll.201601275)上。