面向细胞操控的卷曲生物功能化高分子微米管研究

对单细胞进行观察和操控在生物研究上具有非常重要的意义。着眼于此，本项目拟采用卷曲纳米技术获取可用于细胞操控的生物功能化高分子微米管。我们将首先在对高分子功能层应力产生机制的深入了解基础上，探索微管结构的优化制备，得到具有不同几何结构的卷曲高分子管状结构，并通过高分子薄膜表面的生物功能化处理，增强卷曲高分子管的生物兼容性。表面生物功能化处理还将用于可控地调节细胞与三维管状结构之间的吸附力度，实现细胞在管状结构上的导向生长和迁移。我们将探索采用外界环境刺激调控高分子功能层中应力分布，实现卷曲管状结构的直径调节，深入研究管状结构与细胞之间的力学相互作用及其对细胞生物行为的影响。在对细胞和管状结构相互作用机制深入理解的基础上，利用卷曲管状结构的可控卷曲和展开实现对细胞抓捕和对管中细胞的定向释放。本项目的研究成果可望在细胞生物传感器及组织工程等领域得到广泛的应用。

对单细胞进行观察和操控在生物研究上具有非常重要的意义。着眼于此，本项目拟采用卷曲纳米技术获取可用于细胞操控的高分子微米管。研究工作中，我们在对卷曲管状结构应力产生机制的深入了解基础上，探索微管及微弹簧结构的优化制备，通过对卷曲前纳米薄膜进行图形化处理，得到具有不同几何结构的三维卷曲结构。我们利用特定高分子材料在不同溶剂中体积发生变化的特点，改变外界化学环境调控高分子功能层中应力分布，实现卷曲管状结构的卷曲/展开控制和直径调节。此外，研究表明，某些高分子材料在不同相对湿度（RH）环境中的体积变化可以改变相应管状结构壁厚等几何参数，而这种变化可以影响到管状结构的光学谐振。管状结构因此可作为湿度探测器。我们对此开展了深入研究。结果表明，由于管状结构具有独特的结构特征，这种器件的湿度探测灵敏度可以高达130 pm/RH。本项目的研究成果可望在生物/化学传感器等领域得到广泛的应用。