生命科学实验耗材市场及关键制造技术的现状挑(3)
【作者】网站采编
【关键词】
【摘要】4.生命科学实验耗材制造的关键技术 4.1 高分子材料表面改性技术 高分子材料由于具有良好的性能而广泛地应用于包括生物医学在内的诸多行业。聚苯乙烯
4.生命科学实验耗材制造的关键技术
4.1 高分子材料表面改性技术
高分子材料由于具有良好的性能而广泛地应用于包括生物医学在内的诸多行业。聚苯乙烯优异的防潮性、耐腐蚀、耐老化性以及高透明度和无毒性使之成为制造一次性细胞体外培养容器加工制造的主要材料。但生命科学的快速发展对高分子材料的表面性能如浸润性、黏附性、生物相容性、电学性能、阻燃性等提出了更高的要求[9]。因此,对高分材料表面进行改性处理,使其物理性能和化学性能以及生物相容性满足科技发展对材料性能的使用要求,成为材料学研究的重要课题。
目前在生命科学领域,通常需要高分子材料表面具备亲水、疏水、温度敏感响应等特性,来赋予材料生物兼容性,从而来适应生物医药行业的发展需求。生命科学领域常用的高分子材料表面改性技术主要有等离子体处理、等离子体接枝聚合、温敏材料接枝聚合改性技术。
等离子体表面改性,主要有等离子体直接处理和等离子体接枝聚合改性两种常用方法,两者在处理高分子材料表面形成浸润表面时,稳定性和亲疏水性和程度均有着较大的不同。
等离子体直接处理亲水改性技术是利用非聚合性无机气体(Ar,N2,H2,O2等)的等离子体进行表面反应,通过表面反应在表面引入特定的官能团,产生表面侵蚀,形成交联结构层或生成表面自由基[10]。
等离子体接枝技术是在非聚合无机气体处理后,继续在材料表面接枝另一种分子材料,在材料表面上引入-OH、-COOH、-NH2,从而提高材料表面的亲水性的方法。在通入含氟气体的等离子体处理后,材料表面将发生氟化,这种方法可用于提高材料表面疏水性[11]。
温敏材料接枝聚合改性是通过在高分子材料表面接枝具有温度敏感性的温敏材料,其能够对温度刺激产生快速响应,从而表现出相分离行为,来实现材料对温度的响应过程的。在1967年,Scarpa等[12]研究了聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)的热相转变行为,PNIPAM成为了的温敏共聚物中研究最多的一类温敏共聚物。
聚N-异丙基丙烯酰胺的化学结构中具有亲水部分和疏水部分,其水溶液的临界溶解温度LCST)为32°C。当温度高于32°C时,呈现亲水性;当温度低于32°C时,表现为疏水性;利用其自身具有随温度变化而呈现表面和整体性质转换的特性,可控制细胞黏附抑或脱附,从而替代传统收获方式。
高分子材料改性技术在生物实验室耗材技术和产品研发中的作用表现如下:
等离子处理亲水改性技术:非含氟气体经等离子体一步处理后在材料形成表面自由基,提高材料表面的亲水性,能够实现亲水接触角30~40°。我国研究学者袁晔等[13]认为,如果想要获得亲水性更强的表面,需要在自由基上键合接枝含氧官能团,使亲水接触角达到10°以下。国外研究学者将这一技术的特点总结为:①一步处理获得的表面随时间推移发生亲水衰退;②二步接枝处理形成超亲水表面具有持久稳定性;③主要应用于生物实验室细胞培养耗材制备。
等离子处理疏水改性技术:谷笑雨等[11]指出,含氟气体经过等离子处理后,在自由基上键合接枝含氟官能团,从而大幅度提高材料表面疏水性能,疏水接触角达到150°以上。总结其特点为:①疏水性能持久稳定不衰退;②主要应用于生物实验室液体转移耗材耗材制备。
温敏接枝形成温敏表面:通过在材料表面接枝含异丙基丙烯酰胺的温敏材料,实现37°亲水特性,32°以下疏水特性,实现细胞无损伤性脱落,脱落率达到90%。其特点表现为:材料的表面亲疏水特性可通过温度变化控制。应用:生物实验室耗材细胞培养系列产品制备。
4.2 细胞培养装置的产品发展
传统的二维细胞培养装置包括细胞培养板、瓶、皿等,培养面积小,单次培养收获细胞较少。常用的较大规模的850mL细胞培养瓶单次收获细胞约1×107个,培养大量细胞需要反复操作,耗时耗力,以细胞治疗领域为例,用于细胞治疗的回输细胞数量通常为4×107/kg,按照一个成年人体重50kg,一次治疗约需要细胞的数量为2×109个,850mL细胞培养瓶需要反复多次培养200瓶左右。开发研究一次性大规模细胞培养装置,实现体外细胞培养的产业化及规模化,具有很高的开创性的意义和极高的市场前景。
无锡耐思、康宁、GE公司赛多利斯及广州洁特等生物实验室耗材领域的众多企业近几年相继开发了多款大规模细胞培养装置,如“细胞工厂”、WAVA生物反应器、高通量细胞培养器及“Cell Box Plus”等。
文章来源:《生物数学学报》 网址: http://www.swsxxb.cn/qikandaodu/2021/0428/499.html
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