使用软光刻技术改良仿生复制牙根表面微结构

本方案可构建一种模拟根系表面微结构的合成系统。该系统可用于以可控方式研究根系与环境的相互作用，尤其侧重于表面结构的影响。这是一种简便的技术，可在任何研究根系与环境相互作用的实验室中实施。

此外，该技术能够使用多种材料形成表面。最具挑战性的步骤是从阴模中取出天然根系。此步骤需要轻柔操作根系，以避免撕裂根毛。

通过直观演示将增强观看者对该实验步骤的可重复性。首先，在植物生长三周后将其从土壤中取出，于根系与茎交界处将根系剪下，并将去根的植物放入盛有水的烧杯中。

几天后，剪下从茎部萌发的不定根，并将其用于扩繁。准备种子萌发的根时，将滤纸放入培养皿中并加水润湿，然后在滤纸上放置数粒M82种子。将培养皿置于25摄氏度条件下培养，并每天补充水分以保持滤纸湿润。

大约五天后，萌发的根系将生长到足以用于复制的长度。取一个 50 毫升的杯子，加入 9.49 克二异氰酸酯二甲基丙烯酸酯，配制负向复制溶液。向杯中加入 1.45 毫升甲基丙烯酸乙酯，室温下保存，直至溶液变为均一透明状态。

加入3毫升增塑剂，并将溶液再搅拌1小时。然后加入300微升光引发剂，搅拌过夜，或直至所有气泡完全消除。为制备根部的阴模，取一块洁净的载玻片，将1毫升阴模溶液倒入其上。

将两到三条根置于溶液上，确保根部未被完全覆盖。将载玻片置于8瓦紫外灯下照射8至10分钟，随后关闭紫外灯。从玻璃载玻片上取下复制品，放入盛有乙醇的培养皿中，以去除未反应的单体。

使用镊子缓慢而轻柔地从复制品中取出根系。为制备PDMS正向复制品溶液，将10克二甲基硅氧烷放入杯中，加入1克固化剂并充分混合。

将混合物置于真空干燥器中加热两小时，以去除气泡。将聚氨酯阴模放入培养皿中，并将PDMS混合物倒在阴模表面。抽真空两小时，确保微结构完全覆盖，并将培养皿在室温下静置过夜。

第二天，使用镊子将已固化的正型复制品与负型复制品分离。为制备乙基纤维素正型复制品，向一个100毫升的杯子中加入20毫升乙醇，然后加入1.32毫升增塑剂和3.3克乙基纤维素。

在室温下搅拌溶液两小时。第二天，将乙基纤维素溶液倒入培养皿中负模的上方，并将培养皿置于通风橱中过夜。然后用镊子缓慢地将正模从负模上取下。

如果正确遵循实验步骤，便可获得良好的负染复制品。该复制品将显示根表面的细胞结构，以及代表根毛位置的孔洞。若将根浸入聚氨酯溶液中，根会被固化后的硬质聚合物包裹，并保留在负染复制品内部。

使用紫外光固化时，若超过推荐的固化时间，会导致聚氨酯模具变得极硬，从而无法在不破坏根系的情况下将其取出。有时根系碎片非常微小，需借助显微镜才能观察。使用聚二甲基硅氧烷（PDMS）和乙基纤维素制备了正向复制品。

根毛位于伸长区，在此处开始萌发。它们在根表面的长度各不相同，逐渐变长，类似于天然根。在乙基纤维素复制品上的一些根毛甚至可在光学显微镜下观察到。

将根部置于负模溶液上方时，选择正确的方向至关重要，并需避免根部浸入溶液中。该技术旨在为研究根系表面与环境相互作用提供新的途径，特别是表面微结构及材料特性所引起的物理作用力。