该信息图展示了不同紫外/臭氧（UVO）处理时间对细胞粘附的影响。图片来源：东京科学研究所
东京科学研究所研究人员报告称，短时紫外/臭氧（UVO）处理可通过选择性富集粘附蛋白，优化塑料培养基质上的细胞粘附。最新研究解释了存在最佳UVO处理时间的根本原因：当表面选择性吸附并固定关键粘附蛋白的能力达到最大化时，即形成最佳表面状态。该研究为医学研究中聚合物材料的设计铺平道路。
再生医学和药物发现领域的大多数进展，都依赖于我们在实验室中可靠培养细胞的能力。其中最常用的工具是塑料培养皿——这种简单却至关重要的平台为细胞提供营养并促进其生长。在使用此类器皿时，确保最佳细胞粘附至关重要，因为细胞必须牢固附着在器皿表面才能茁壮生长。
为增强细胞粘附，塑料通常需经紫外/臭氧（UVO）等处理，这些方法通过改变表面特性来提升细胞附着能力。然而科学家长期发现UVO处理存在"最佳时间点"：处理时间过短或过长均会导致细胞附着不良。决定最佳处理时间的因素及最优粘附的形成机制一直是个未解之谜。
近期，东京科学研究所（Science Tokyo）材料与化学技术学院副教授林智宏领衔的研究团队破解了这一难题。该成果于2025年10月22日在线发表于《朗缪尔》期刊，系统研究了UVO处理前后聚合物表面的理化特性及蛋白吸附动力学，精准阐释了其增强细胞粘附的原理。
研究团队采用X射线光电子能谱和原子力显微镜等先进分析技术，表征了聚苯乙烯和环烯烃聚合物表面经UVO处理后的变化。在分子层面，他们严密监测了附着于聚合物表面的血清蛋白的吸附、组成及交换过程——这些物质实际构成了与培养细胞的界面。
研究结果表明，仅靠表面亲水性（亲水能力）和疏水性（防水能力）的提升，并不能解释短时UVO处理下出现的最佳粘附现象。相反，这种最优粘附直接关联于表面特定粘附蛋白（如纤连蛋白和玻璃粘连蛋白）的选择性富集与固定，该过程由名为"弗罗曼效应"的蛋白交换机制驱动。
在未经处理的疏水表面，白蛋白等非粘附蛋白会刚性附着，阻碍粘附蛋白的结合。短时UVO处理形成兼具微亲水区与疏水区的表面，这促进了白蛋白被粘附蛋白的替换，随后粘附蛋白被牢固固定在残余疏水区域，使细胞能够有效结合。
相反，过度UVO处理会消除过多疏水区域，导致白蛋白被更广泛的血清蛋白混合物取代，最终降低粘附蛋白浓度，造成细胞粘附性能下降。
林智宏解释道："这些发现为以往通过试错法开发的表面处理技术提供了科学依据。"
总体而言，该研究在材料科学与生物医学研究的交叉领域具有重要意义。"我们的研究为细胞培养技术中廉价材料的性能最大化提供了明确设计原则，这些技术对再生医学和药物发现不可或缺，且无需使用昂贵涂层剂。"林智宏总结道，"因此，我们预期这些成果将推动更高效可靠的细胞培养设备及医疗植入材料的开发。"
更多信息：海津理子等，《紫外/臭氧处理聚合物表面增强细胞粘附的机制及优化指南》，《朗缪尔》(2025)。DOI: 10.1021/acs.langmuir.5c03398
期刊信息：《朗缪尔》
供稿单位：东京科学研究所
引用：揭示细胞如何附着于塑料支架表面 (2025年11月6日) 于2025年11月7日检索自 Phys.org
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