四、正交梯度的制备方法

正交梯度是指两种材料的性质在两个相互垂直的方向上独立变化的梯度，常用于对多种物理化学因素的影响进行高效筛选。跟互补梯度一样，制备正交梯度也需要先制备出一个方向的梯度，再在其垂直方向引入另一种梯度。利用微流道的方法，通过在接收腔的两个垂直方向引入不同的流体，可以一步得到正交梯度。若为聚合物刷梯度，也可以分为分子量梯度和分子链密度梯度。Genzer等通过原子转移自由基聚合（atom transfer radical polymerization，ATRP）在硅片表面先制备了聚甲基丙烯酸羟乙酯（poly-hydroxyethylmethacrylate，PHEMA）的分子量梯度，然后再把基底旋转90°后用同样的方法制备了聚甲基丙烯酸甲酯（polymethylmethacrylate，PMMA）分子量梯度，从而得到了PHEMA和PMMA嵌段共聚物组成的正交梯度（图4-11）。Becker等用偶极-偶极环加成（dipole-dipole cycloaddition）和巯基-双键（thiol-ene）两种点击化学反应机制分别在两个垂直的方向上制备了两种功能性多肽的密度梯度。若是先制备引发剂密度梯度，再在垂直方向制备聚合物分子量梯度，则可以得到分子量和分子密度正交变化的梯度，最终宏观表现为在一角处聚合物层厚度最大，而其对角方向厚度最小。Barrett等在组装PAA/PAH多层膜时，将基底浸入NaCl浓度梯度或pH梯度中组装。在组装PAA层和PAH层时，基底的放置方向相差90°，从而得到在PAA层和PAH层厚度正交变化的多层膜梯度。梯度变化除了化学性质还可以是物理性质。Gadegaard等制备了条带深度和宽度正交变化的物理梯度，以对多种细胞在条带表面的黏附行为进行高效筛选。Spencer等通过制备微米级（酸刻蚀）和纳米级（纳米粒子沉积）粗糙度的正交梯度，研究了粗糙度对细胞成骨分化能力的影响，发现微米级粗糙度越大，而纳米级粗糙度适中的时候，细胞成骨分化趋势最明显。规则的表面拓扑形貌（图案化）与化学成分的正交梯度也有较多报道。Voelcker等通过将电化学刻蚀和电化学接枝联用，制备了孔径和RGD密度的正交梯度。

图4-11　在同一基底上制备长度连续变化的PHEMA-b-PMMA嵌段共聚物

PMMA.聚甲基丙烯酸甲酯；PHEMA.聚甲基丙烯酸羟乙酯。