层层自组装技术在生物医用材料领域中的应用研究进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com高分子通报2006年8月层层自组装技术在生物医用材料领域中的应用研究进展林全愧，计剑，谭庆网0，任科峰，沈家骢(浙江大学高分子科学与工程学系，杭州310027)摘要：基于聚电解质阴阳离子交替组装的层层自组装技术由于可在温和的条件下实现多种生物大分子在材料表面的固定，并通过对组装条件的控制实现多种生物功能，已成为生物医用材料表面设计的重要手段。本文对层层自组装技术在构建血液相容性界面、组织工程表面、药物控释涂层等生物医用材料领域的应用研究进行了比较系统的阐述。关键词

2、：层层自组装技术；血液相容性；细胞相容性；药物控释；抗菌随着生物医学研究的日愈深入，人们愈来愈认识到在生物体系中，各种复杂、精巧的功能是通过生物分子间的多种弱相互作用的协同效应来实现的。一些生物大分子如蛋白质、核酸等，其复杂的功能也是基于他们特定的三级结构，通过分子片断间的各种弱相互作用，自发的组装、堆积形成多层次的空间结构，并实现其功能，即分子聚集体的功能是蕴含于特定结构的分子组织中。在此基础上发展起来的超分子化学，则是研究分子基于弱相互作用地组装、自组装和自组织行为，并研究这些行为可能带来的结构和功能的改变

3、，以期建立结构和功能间的关系。在对各种分子组装体系的研究中，自组装超薄膜由于其结构简单、制备相对容易等特点而引起了人们广泛的研究兴趣。1991年，Decher等在L．B膜的基础上，发展了一种基于阴阳离子静电相互作用作为推动力的制备多层膜的方法H。从此，自组装多层膜的研究引起了各不同领域的科学家的兴趣，层层自组装技术也因此被应用于各研究领域。层层自组装技术(Layer-by．Layerself-assembletechnique，LbL)是基于聚电解质阴阳离子所带正负电荷间相互作用的一种自组装超分子技术。该技术的

4、主要特点是在表面荷电的基材表面通过静电相互作用交替地吸附上带相反电荷的聚电解质阴阳离子。因此，它具有一系列优点，如：组装分子的选择范围广泛，可以为合成的聚电解质，也可以是蛋白质、多糖、DNA等荷电的生物活性大分子；其制备工艺简单，通过简单的交替浸涂技术可实现在材料表面组装分子在纳米、亚微米尺度的有规结构设计；制备条件温和，可在常温水溶液中进行，可以保证生物分子具有维持生物活性的天然构像；此外，该方法适用的基体材料种类多，对基体材料的体型结构适应性强，并可在具有复杂体型结构的装置和材料上实现。因此，该技术在生物医

5、用材料领域的研究中得到广泛的应用。本文就近年来层层自组装技术在生物医用材料领域中的应用研究进展作一综述。1层层自组装技术在构建血液相容性界面中的应用合成材料要作为生物医用材料植入人体内与血液接触，首先要满足的就是具有血液相容性。根据凝血机理，要防止血液在高分子材料表面形成血栓，有两条基本途径。其一是尽量减少高分子材料表面和血液中各种成分的相互作用，即制备和血液成份相互作用很小的“生物惰性材料”。其二是控制高分子材料表面和血液的相互作用。为此，人们将某种生物活性物质通过适当方式固定于材料表面，制成所谓的负载生物活

6、性物质的抗凝血材料，利用材料表面生物活性物质和血液成分的相互作用来实现所需的抗凝血功能。基金项目：国家自然科学基金(50373036)和教育部霍英东基金优选资助项目(J201M0212)；作者简介：林全愧(1982一)，硕士研究生，主要从事自组装仿生生物材料的研究。*通讯联系人：计剑教授，E-mail：Jijian@zju．edu．cn．Tel：0571．87953729。维普资讯http://www.cqvip.com第8期高分子通报·591．1层层自组装技术用于构建生物惰性表面已有研究表明聚合物材料表面吸附

7、的白蛋白层可进一步抑制血液其它成分蛋白的吸附和变性，从而抑止凝血的发生，具有良好的生物惰性¨。然而，尽管白蛋白是血液中含量最高的蛋白质，但白蛋白吸附受到血液中其它高吸附活性蛋白质的竞争，导致其吸附的低选择性，并导致最终凝血。层层自组装技术由于能在温和条件下负载多种生物分子并保持生物分子的天然构像而在构建生物惰性表面中得到广泛应用。如采用聚阳离子聚乙烯基亚胺(Polyethyleneimine，PEI)和白蛋白的层层自组装，可在多种材料上形成稳定的白蛋白层，从而形成生物惰性表面¨。1．2层层自组装技术用于负载抗凝

8、血活性物质的抗凝血表面设计多种生物活性物质，如天然聚多糖等，都具有较高的抗凝血活性，因此在高分子材料表面负载上一些具有抗凝血活性的生物活性物质以制得所谓的生物活性抗凝血材料是最近几年研究的新热点。而层层自组装温和的组装条件，对生物分子和基材的广泛适用性为负载生物活性物质表面设计提供了良好的选择。天然聚阴离子肝素，可通过催化血液中凝血因子和抗凝血因子的复合而有效地阻抗凝血过程，是临床中使