一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层及制备方法和应用

本发明涉及生物医用材料，具体涉及一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层及制备方法和应用。

背景技术：

1、细胞膜衍生的自上而下的改性策略充分利用了天然膜界面的功能特性，赋予了材料表面良好的抗污性能、免疫调节功能和良好的生物相容性。目前，细胞膜衍生的仿生涂层已广泛用于载药纳米颗粒的表面包覆和靶向递送，在药物递送、生物成像、癌症免疫治疗以及解毒等领域具有巨大的潜力。此外，已有研究探索细胞膜衍生的仿生涂层用于宏观植入器械的表面改性，如血管支架、牙科植入物、脱细胞细胞外基质支架等。然而目前依靠滴涂和浸涂的涂层组装工艺，细胞膜材料的消耗量大，且涂层稳定性较差。同时，在宏观尺度表面制备的细胞膜涂层一般为二维的平面结构，难以通过简单的方法实现涂层表面的拓扑结构功能化，用以增强细胞在表面的黏附、增殖和分化等行为。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层及制备方法和应用，以解决现有涂层组装工艺存在的细胞膜材料消耗量大和涂层稳定性差的问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，包括以下步骤：

3、（1）提取分离细胞，对其进行重悬，然后破碎细胞，经清洗后收集细胞膜碎片，重悬细胞膜碎片进行超声，制得细胞膜囊泡悬液；

4、（2）将细胞膜囊泡悬液与交联剂混合，获得细胞膜囊泡混合溶液；

5、（3）将细胞膜囊泡混合溶液加入超声雾化喷涂设备的注射器中，对基底材料表面进行第一次超声喷涂，然后对喷涂后的基底材料表面进行清洗；

6、（4）用冲击溶液对步骤（3）所得基底材料表面进行第二次超声喷涂；

7、（5）将步骤（4）所得细胞膜涂层进行干燥固化，制得。

8、进一步，步骤（1）中细胞为红细胞、血小板、巨噬细胞、中性粒细胞和t淋巴细胞中的至少一种；细胞膜囊泡悬液的蛋白浓度为0.5-8 mg/ml。

9、进一步，步骤（2）中交联剂为多酚类化合物、碳二亚胺类化合物、戊二醛和京尼平中的至少一种；细胞膜囊泡悬液与交联剂的质量比为1-20:1。

10、进一步，多酚类化合物为邻苯三酚、单宁酸或表没食子儿茶素没食子酸酯。

11、进一步，碳二亚胺类化合物为碳二亚胺盐酸盐或n-环己基-n’-(2-吗啉乙基)碳二亚胺甲基对甲苯磺酸盐。

12、进一步，步骤（3）中超声喷涂包括以下步骤：控制喷嘴与基底材料表面的距离为2-10 cm，然后以25-250 khz的超声频率，0.5-10 w的超声功率，0.01-0.1 ml/min的溶液推进速率和0.5-1 psi的气体压力在基底材料表面喷涂20-100层。

13、进一步，步骤（4）中冲击溶液为去离子水、磷酸盐缓冲液或生理盐水。

14、进一步，步骤（4）中超声喷涂包括以下步骤：控制喷嘴与基底材料表面的距离为2-10 cm，然后以25-250 khz的超声频率，0.5-10 w的超声功率，0.01-0.1 ml/min的溶液推进速率和1-3 psi的气体压力在基底材料表面喷涂1-100层。

15、进一步，步骤（3）和步骤（4）中基底材料均为金属基生物材料、高分子基生物材料或脱细胞生物组织。

16、进一步，步骤（5）中干燥固化的温度为30-60 ℃，时间为10-60 min。

17、本发明提供了一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层，采用上述的制备方法制得。

18、本发明还提供了一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层在制备心血管材料/器械中的应用。

19、进一步，血液接触材料/器械为心肺循环管路、透析用静脉导管、血管支架、心脏封堵器、人工心脏瓣膜或人工血管。

20、本发明具有以下有益效果：

21、（1）本发明采用超声喷涂法构建具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层，具有方法简单、通用性强和低成本的优点。无需提前对基材表面进行蚀刻处理，避免了条件苛刻且价格昂贵的光蚀刻、等离子体蚀刻等技术，降低了成本并增加了基材的可选择性。

22、（2）本发明通利用细胞膜涂层交联前后的刚性差异，使用超声喷涂产生的超细液滴对涂层表面进行冲击，获得具有凹坑状的拓扑结构的细胞膜涂层。该方法完整保留了细胞膜涂层的生物学功能，增强了材料的抗凝血性能和生物相容性。

23、（3）利用超声喷涂产生的超细液滴的冲击作用，细胞膜涂层表面可产生约2-20 μm的凹坑状结构，并且随着冲击次数的增加，凹坑结构高度由纳米级（80 nm）转换为亚微米级（600 nm）。凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层扩大了界面面积，可有效增强细胞在表面的黏附生长。同时，黏附的细胞在凹坑状拓扑结构涂层表面受到增强的力学信号的刺激，细胞骨架将力从膜传递到细胞核，通过复杂的生物学途径直接影响基因和蛋白质的表达，从而影响细胞形态、分化和增殖行为。

技术特征：

1.一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述细胞为红细胞、血小板、巨噬细胞、中性粒细胞和t淋巴细胞中的至少一种；所述细胞膜囊泡悬液的蛋白浓度为0.5-8 mg/ml。

3.根据权利要求1所述的具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述交联剂为多酚类化合物、碳二亚胺类化合物、戊二醛和京尼平中的至少一种；所述细胞膜囊泡悬液与所述交联剂的质量比为1-20:1。

4.根据权利要求1所述的具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述超声喷涂包括以下步骤：控制喷嘴与基底材料表面的距离为2-10 cm，然后以25-250 khz的超声频率，0.5-10 w的超声功率，0.01-0.1 ml/min的溶液推进速率和0.5-1 psi的气体压力在基底材料表面喷涂20-100层。

5.根据权利要求1所述的具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述冲击溶液为去离子水、磷酸盐缓冲液或生理盐水。

6.根据权利要求1所述的具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述超声喷涂包括以下步骤：控制喷嘴与基底材料表面的距离为2-10 cm，然后以25-250 khz的超声频率，0.5-10 w的超声功率，0.01-0.1 ml/min的溶液推进速率和1-3psi的气体压力在基底材料表面喷涂1-100层。

7.根据权利要求1所述的具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤（3）和步骤（4）中所述基底材料均为金属基生物材料、高分子基生物材料或脱细胞生物组织。

8.根据权利要求1所述的具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层的制备方法，其特征在于，步骤（5）中所述干燥固化的温度为30-60 ℃，时间为10-60 min。

9.一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

10.权利要求10所述的具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层在制备心血管材料/器械中的应用。

技术总结本发明公开了一种具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层及制备方法和应用，属于生物医用材料技术领域。本发明先制备得到细胞膜囊泡悬液，然后利用超声雾化喷涂设备对基底材料表面进行喷涂，制得具有凹坑状拓扑结构的细胞膜涂层。本发明的细胞膜涂层制备方法简单、通用性强，不仅保留了细胞膜涂层的抗凝血性能和良好生物相容性，还进一步赋予了涂层拓扑结构引导的细胞行为，如细胞黏附、增殖、迁移和分化，可用于制备血液接触材料/器械，如血管支架、心脏封堵器、人工心脏瓣膜和人工血管等心血管植介入器械及心肺循环管路、透析用静脉导管的服役效果。技术研发人员：罗日方,吉诚,王云兵,蒋青受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2