来源于仿生贻贝的多巴胺(dopamine,DA)分子聚合形成的聚多巴胺(polydopamine,PDA)材料,由于具有制备简单多样、良好的生物/细胞相容性、二次修饰反应性等众多优点,成为当前研究的重要功能材料之一。在生物材料研究领域中,PDA能够较好地应用于材料表面修饰或应用于功能材料纳米粒子的制备,是当前的研究热点。本课题结合了 PDA在生物医用材料方面的应用,开展了以下4部分研究工作。1.材料表面的基因有效固定是界面介导基因递送策略的核心之一,本研究利用PDA灵活的二次反应性,简单有效地将鱼精蛋白/质粒DNA(protamine/plasmid DNA,PrS/pDNA)纳米复合物固定于PDA涂层表面。细胞培养实验表明,PrS/pDNA固定后的PDA表面能够有效支持内皮细胞(endothelial cells,EC)和平滑肌细胞(smoothmusclecells,SMC)的粘附和铺展,并且能够高效地转染EC和SMC两种细胞。当采用功能化的肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)质粒DNA时,EC和SMC的HGF分泌量分别提高了 43.3%和36.5%。因为HGF具有选择性促进EC增殖的功能,固定有PrS/HGF-pDNA的PDA涂层可选择性提高EC相对于SMC的竞争性生长。为期3天的两种细胞共培养实验,EC/SMC的细胞数目比例从1:1上升到4:1。因此,PDA涂层能够成为界面介导基因递送的高效基因固定平台。2.生物材料表面的拓扑结构是影响细胞粘附行为的关键参数之一,本研究将PDA的表面修饰和二次反应性相结合,利用碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)和层层组装(Layer-by-Layer,LbL)方法,构建了具有微纳复合结构并有着良好细胞相容性的多层膜界面。研究首先在CNTs表面修饰PDA涂层(CNTs@PDA),然后利用PDA涂层的二次反应性和聚赖氨酸(poly-L-lysine,PLL)进行组装,将CNTs@PDA组装形成表面具有均匀的微纳复合拓扑结构的PLL/CNTs@PDA多层膜。相比于均匀平整的纯PDA涂层(对照组),具有表面微纳复合结构的PLL/CNTs@PDA多层膜同样表现出良好的细胞相容性,能够支持EC和SMC的粘附。有趣的是,具有微纳复合拓扑结构表面的PLL/CNTs@PDA多层膜对EC和SMC两种细胞的增殖产生差异化影响:EC的增殖受到抑制,而SMC则表现为正常的增殖行为。此外,PLL/CNTs@PDA多层膜表面还能够高效地促进神经瘤细胞(pheochromocytoma12,PC12)粘附和神经突触的延伸。3、多功能复合是功能材料在生物材料领域研究的热点趋势,而从分子反应层次上赋予PDA材料新功能将是其设计和研究的突破口。研究利用电化学聚合反应原理,将DA分子与吡咯(pyrrole,Py)分子聚合,设计和制备了一种兼具二次反应和良好导电性能的PDA涂层材料。Py分子的导入,使得所构建的PDA-PPy涂层具有良好的导电性。而PDA的存在使得涂层材料表面具有良好二次反应性。通过二次反应性,我们成功地将生物分子血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)修饰于 PDA-PPy 涂层材料表面。4、同样从分子反应层次上赋予PDA材料新功能为目的,利用硼酸基团与儿茶酚基团的配位反应作用,本研究将含有硼酸基团的肿瘤化疗药物硼替佐米(bortezomib,BTZ)与含有儿茶酚基团的DA反应,制备成DA-BTZ鳌合物。进而通过DA-BTZ的自聚,制备得到粒径在80nm左右的,具有双重刺激响应性的PDA-BTZ纳米粒子,BTZ载药量达到36.7%。PDA分子具有高效近红外(near infrared,NIR)光热性能,而硼酸基团与儿茶酚基团所形成的配位键具有pH敏感性。研究表明,分别通过NIR的照射或降低溶液环境pH值(7.4降低至5.7),均能够促进PDA-BTZ纳米粒子中的BTZ释放,72小时释放量分别达到33.2%和37.2%。进一步将NIR照射与pH因素相结合,能够获得协同的BTZ控释效果,72小时释放量达到79.2%。基于这样的pH/NIR的双重响应作用下,PDA-BTZ纳米粒子能够在体外实验中显著诱导乳腺癌细胞(MCF-7)的凋亡。抑瘤实验表明,PDA-BTZ纳米粒子的尾静脉注射给药结合在肿瘤部位的NIR照射,能够有效地抑制裸鼠体内肿瘤的生长。