聚苯乙烯(PS)培养皿等离子处理提高细胞粘附性

细胞培养是生物技术中最核心、最基础的技术；培养皿是一种用于微生物或细胞培养的实验室器皿。当前,一次性塑料培养皿在生物、医药、化工等许多领域都得到广泛应用。塑料制品因价格低廉,成为生物、医药等行业进行实验分析的首选高分子材料。

目前的一次性塑料培养皿，如聚苯乙烯(PS)、优点众多,如透明度高、刚性优、成本低廉、无毒,有良好的耐溶胶性及电绝缘性、优异的表面光泽度和良好的可加工性等。但当聚苯乙烯应用于生物医药等领域时，由于其表面疏水，无法完全满足作为生物医用材料所需要的生物相容性和高度的生物功能要求，用于细菌、细胞的贴壁培养非常困难。通常在使用前需对其进行表面处理,以改善材料表面的亲疏水性以及生物相容性,以此来拓宽聚苯乙烯材料的适用范围。聚苯乙烯表面的亲疏水性会影响聚合物对与其表面接触的分子的粘附和结合。

为解决这些问题,低温等离子体表面改性技术以其特有的优点在生物医用材料中已经被广泛的应用。

PS培养皿等离子处理

等离子体中包含大量高能微粒,如电子、离子、自由基和一些中性物质,这些活性粒子虽然寿命短但非常活跃,很容易与体系中其它物质发生化学反应,因此可以利用等离子体对材料进行表面处理。低温冷等离子的活性粒子的能量足以破坏分子的化学键,但其不会使材料表面过热,对一些高温不稳定的聚合物仍然适用。另外,等离子体对材料表面的处理只会影响到表面以下几纳米的深度,不会破坏材料的内部结构且不会改变材料的光学特性。其次,等离子体处理不会产生有毒的化学物质,使得等离子体表面处理工艺安全可靠并且无毒环保。

PS氧气等离子处理前后水滴角对比

图 1. 聚苯乙烯的等离子处理前后水滴角对比

由1图可以看出,没有经过等离子体处理的PS培养皿的接触角很大。当等离子体处理过后水滴角变得很小,PS表面达到超亲水状态。

对聚苯乙烯(PS)而言，其化学结构包括苯环，由于苯环在人体中缺乏天然表达，因此通常不具有生物相容性。氧等离子体可有效破坏这些苯环，用羟基和羰基等含氧基团取而代之（图2）。

图二 . 聚苯乙烯的等离子体氧化

经过等离子处理后，聚苯乙烯(PS)培养皿的表面能会增加，表面形貌会变得粗糙，化学成分也会发生变化，其表面会引入如羟基-OH和羧基-COOH等含氧官能团，这些官能团能显著提高材料的亲水性和生物相容性，从而增加了细胞或蛋白质对聚合物表面的粘附性。