Mikrostrukturerade ytor för användning i biologiska system
I en doktorsavhandling på Chalmers presenterar Sarunas Petronis metoder för mikro- och nanofabrikation för att tillverka välkontrollerade kemiska, topografiska och mekaniska mikrostrukturer på ytor av material som används i kontakt med biologiska system till exempel i medicinska implantat.
De här mikrostrukturerna har som funktion att påverka biologiska
reaktioner på ett kontrollerat sätt eller ge möjlighet att studera
fysikaliska och biologiska mekanismer vid växelverkan mellan främmande
material och biologiska system.
Den biologiska miljön består främst av vatten, men också av viktiga
biologiskt funktionella enheter som saltjoner, organiska molekyler,
celler och vävnad. Om vi placerar främmande material bland dessa
biologiska komponenter (t ex medicinska implantat) kommer de att
växelverka med den främmande ytan. Denna växelverkan orsakar olika
biologiska reaktioner. De avgörande reaktionerna sker i gränsytan mellan
det främmade materialet och biosystemet. Därför är materialytorna av
centralt intresse. Materialytorna påverkar den biologiska reaktionen
genom sin kemisk sammansättning, genom sin topografi, och genom ytans
mekaniska egenskaper. Ytstrukturernas storlek är av betydelse för olika
biologiska komponenter: ytstrukturer av storleksordningen 0.01-2
nanometer påverkar ett skikt av vattenmolekyler och saltjoner närmst
ytan, 1-100 nanometer stora ytstrukturer påverkar bindning av stora
biomolekyler (t ex proteiner). Strukturer på1-100 mikrometer är viktiga
främst för cellreaktioner. Därför kan kontrollerade kemiska och
topografiska mönster eller strukturer med systematiskt varierade
dimensioner på nanometer- eller mikrometernivån användas som modellytor
för att studera hur egenskaperna hos de främmande ytorna påverkar
biologiska reaktioner på mikroskopisk nivå. De kan också användas för
att orsaka, förhindra eller mäta specifika bioreaktioner.
Sarunas Petronis har i sin avhandling använt olika metoder för att
tillverka välkontrollerade kemiska, topografiska eller mekaniska
mikrostrukturer på ytor av kisel, silikon, epoxifilm och en keram av
titandioxid. Han presenterar flera studier, där han tillverkat
mikrostrukturerade ytor som han sedan utvärderat i biologisk miljö:
• kiselsubstrat med mönstrade nanopartiklar för att upptäcka biologiska
molekyler via så kallad Raman spektroskopi
• keramiska substrat av titandioxid med gropar för levercellsodling som
låter cellerna behålla sin fenotyp dvs den ärftliga konstitutionens,
genotypens, reaktion med miljön
• elastiska ytbeläggningar av silikon med små pyramider och åsar för att
förhindra marin påväxt av havstulpaner (t ex på båtbottnar)
• porösa modellsubstrat av kisel och epoxy med sammanhängande
mikrokanaler för att undersöka hur celler fastnar och sprider ut sig som
funktion av ytans porositet
• substrat med mikroskopiska, flexibla pelare av kisel för att studera
den mekaniska växelverkan mellan celler och substrat.
Ett huvudmål i samtliga studier, är att uppnå välkontrollerade och
systematiskt varierade mikrostrukturer på ytor för att optimera ytornas funktion eller för att få kunskap om hur ytors egenskaper på mikroskopisk nivå påverkar fysikaliska och biologiska reaktioner.
Avhandlingen “Functionalized biomaterial surfaces by micro- and
nanofabrication” försvaras vid en offentlig disputation den 6 juni 2002
kl 09.15 i hörsal Kollektorn, MC2, Kemivägen 9 på Chalmers tekniska
högskola, Göteborg.
Kontaktinformation
För mer information kontakta:
Sarunas Petronis, Avdelningen för tillämpad fysik, Chalmers,
tel: 031-7723369, e-post: petronis@fy.chalmers.se
