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层层自组装技术(Layer-by-layer self-assembly,LbL)是最近二十年出现的一种借助分子之间的弱相互作用(例如静电作用、氢键、配位键等)形成自组装多层膜体系的技术。层层自组装技术操作简单、对制备环境以及设备要求不高,自组装基材的选择也非常广泛,是一种在基底上构建多层膜的简单方法。基于层层自组装技术的种种优点,本论文尝试在药物缓释方向与细胞的粘附与无损释放方向上拓展层层自组装技术的应用。主要内容包括:1.制备pH响应型载药微针以及在细胞毒性实验上的初步应用。微针是指高度仅在几百微米的微型针列,由于其特殊的形状特点在经皮给药的应用方向上显示出广阔的发展前景。本论文利用氢键层层自组装技术将阿霉素胶束负载在聚乳酸(PLA)微针表面,制备pH响应的载药微针。该载药微针可以实现在酸性条件下组装阿霉素胶束,在生理pH条件下对其进行释放。本文从制备阿霉素胶束开始,扫描电子显微镜(SEM)和激光粒度仪分别表征了胶束的形貌和粒径。利用激光共聚焦显微镜(CLSM)表征载药后的微针,可看到胶束在微针表面均匀分布。同时本文还进行了药物释放动力学研究,紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)测试结果表明在105℃加热交联10分钟后,药物完全释放的时间由2小时延长至48小时。本研究中我们利用诱导多能干细胞定向分化成功得到了在培养皿中跳动的心肌细胞,并将其作为细胞生理学模型。将载药微针作用在心肌细胞上,利用微电极针列(MEA)来表征微针对细胞的影响。2.制备基于PDMS膜的近红外光响应多层膜上转换纳米粒子(UCNPs)是一种可在近NIR激发下发射出局部紫外光的特殊材料。本章中将聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)包覆UCNPs用以制备柔性、自支撑的PDMS/UCNPs复合膜,在复合膜上利用静电层层自组装的方法构建偶氮苯(azo)多层膜,将连接罗丹明-B的α-环糊精(α-CD-RhB)作为模型药物通过络合作用负载到膜上,在生物友好性的近红外光照射下,薄膜发出局部紫外光,激发膜上的偶氮单元发生反式-顺式异构化达到释放药物的目的。我们用UV-Vis表征膜增长的过程,负载α-CD-RhB后,复合膜由黄色变为红色,在图案掩盖下照射NIR半个小时后清洗,可明显发现被图案掩盖的地方保留红色,未掩盖的地方红色消失,验证了在NIR照射下,模型药物可以被释放。3.利用近红外光响应复合膜捕获/释放乳腺癌细胞(MCF-7)在细胞的粘附与无损释放方向,从分子层面上调节细胞行为在细胞和材料的相互作用上是一种理想的方法。本章结合前面工作的基础,将复合膜用于捕获并释放MCF-7,我们通过4-马来酰亚胺丁酸N-氢琥珀酰亚胺酯(GMBS)与链霉亲和素(SA)将抗上皮细胞粘附分子(anti-EpCAM)修饰在SH-β-CD上,利用anti-EpCAM与MCF-7细胞表面抗原的特异性结合来捕获MCF-7,近红外光照射复合膜诱导偶氮单元的反式-顺式异构化,该过程使得整个细胞-抗体-抗生蛋白链菌素复合物从功能化的表面快速释放。多材料系统提供光学转换和捕获/释放的功能组合,其中PDMS膜将UCNPs和光敏涂层分隔开来,具有“防火墙”的作用,“防火墙”可以有效地避免局部过热问题以及细胞的非特异性粘附,从而实现高释放效率,保证释放细胞的活性。这种以一体化复合膜的方式来实现细胞粘附/释放的动态控制可以为构建功能纳米生物界面提供新的灵感。