种子细胞和支架材料是器官制造和组织工程策略中的两个核心组成部分。支架力学性质和支架拉伸应变为种子细胞提供的力学微环境显著影响细胞行为和组织/器官形成。细胞在材料表面粘附后会产生细胞牵拉力（CTF）；细胞通过CTF向材料的传递去感知和度量材料的力学性质。机械拉伸引起材料应变；材料应变通过向细胞传递去调控细胞行为。因此，CTF和材料应变的传递对细胞感知并响应力学微环境至关重要。蛋白吸附是种子细胞粘附到材料表面之前发生的首要事件。因此，材料表面吸附的蛋白质层是细胞与材料相互作用的桥梁。我们认为，细胞-蛋白界面、蛋白层和蛋白-材料界面构成了一个完整的力传递系统。尽管已有大量研究关注细胞-蛋白界面对力传递和细胞行为的影响，却鲜有人关注蛋白-材料界面作用力（Fad）的贡献。解析Fad对力传递和细胞行为的调控作用，对更深入理解细胞响应力学微环境的机制和指导组织再生支架的优化设计有重要意义。据此，本文在构建了定量检测Fad的测试平台和调控Fad大小的材料平台的基础之上，以纤连蛋白（FN）为模型蛋白、成骨细胞为模型细胞，探究了Fad大小调控细胞行为的有效性，并进一步以大鼠间充质干细胞（rMSCs）为模型细胞，系统研究了Fad对细胞牵引力（CTF）和基底拉伸应变传递的影响以及对细胞响应基底力学性质和拉伸应变的影响。主要研究内容和结论如下：　　（1）构建基于平行板流动腔/微球技术的Fad定量检测平台　　利用双官能团偶联剂Sulfo-SMPB分别将FN和牛血清白蛋白（BSA）共价固定至氨基化聚苯乙烯微球表面，形成蛋白固定化微球。结合平行板流动腔系统，对吸附在平行板流动腔底部玻片的蛋白固定化微球逐步施加流体剪切力，获得使50％微球脱吸附的临界流体剪切力τ50%。进一步通过球/面粘附模型计算出单个蛋白质分子与载玻片表面的作用力Fad。测试结果显示，蛋白与玻片表面的Fad大小与文献报道结果相似，表明利用该方法能有效地检测Fad大小。　　（2）构建基于SAMs技术调控Fad大小的材料平台　　利用硅烷化反应在玻片表面构建携带-OH、-CH3和-NH2的SAMs（自组装单分子层）表面，静态水接触角和X射线光电子能谱（XPS）分析表明各化学基团已成功修饰到玻片表面。通过平行板流动腔/微球技术定量测量FN和BSA在各SAMs表面上的Fad大小。结果显示，FN和BSA的Fad大小都依赖于表面化学基团，依次为NH2-SAMs(25.6±7.5 pN)>CH3-SAMs(14.1±4.1 pN)>> OH-SAMs(1.5±0.4 pN)和NH2-SAMs(6.5±4.9 pN)>CH3-SAMs(4.7±3.6 pN)>>OH-SAMs(1.1±0.8 pN)，表明通过SAMs技术可有效调控蛋白质与基底的Fad大小，为后续实验奠定了基础。　　（3）验证Fad对细胞行为的调控作用　　鉴于表面化学可通过影响吸附蛋白的构象（表面活性位点）来影响细胞行为，本研究以FN为模型蛋白、成骨细胞为模型细胞，同时考察了各SAMs表面上FN表面活性位点和Fad对成骨细胞的影响。采用FN单克隆抗体（HFN7.1）检测FN表面活性位点，以黏着斑的表达和组装来表征细胞粘附强弱和CTF大小。结果表明，成骨细胞初期粘附（2小时）的CTF大小主要受FN表面活性位点调控，而后期粘附（12小时）则主要受到Fad影响。Fad通过影响CTF对FN的重构和脱附程度来调控细胞的后期粘附，并影响内源性FN的纤维自组装，证明基于SAMs技术调控的Fad大小可影响细胞后期粘附行为，可用于后续Fad对力传递影响的相关研究。　　（4）Fad对CTF传递以及干细胞响应基底力学性质的影响　　首先利用SAMs技术在硬（E~2200 kPa，无明显应力松驰）和软（E~1 kPa，有快速应力松驰）聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上构建了携带-OH或-NH2的表面。Fad检测结果表明，其Fad大小与基底力学性质无关，只与表面化学相关：NH2-SAMs(35±11 pN和31±10 pN)>> OH-SAMs(3.5±1.1 pN和3.0±1.0 pN)，分别记为Fmed和Fmin。进一步地，在软、硬PDMS表面共价固定FN以形成Fad极大（Fmax）的表面。　　然后以rMSCs为模型细胞，分别以吸附FN的重构/脱附情况和基底的变形情况来表征CTF向FN蛋白层和基底的传递情况。研究发现，Fmin表面的FN不能抵抗CTF牵拉而发生显著重构和脱附，导致CTF不能被传递至基底，使rMSCs不能感知基底力学性质而只能感受蛋白层的弱力学反馈，从而在软、硬基底表面都趋于向成脂细胞分化；相反，Fmed和Fmed表面的FN可以耐受CTF牵拉而使CTF可有效传递至基底，rMSCs可以感知基底力学性质，从而在软、硬基底表面都趋于向成骨细胞分化。rMSCs在软的强Fad表面也趋于向成骨分化可能与软基底应力松驰的促成骨分化有关，但有待进一步验证。上述结果证明，Fad调控CTF向基底的传递，进而调控干细胞对基底力学性质的感知和响应。　　（5）Fad对基底拉伸应变传递和干细胞行为影响的初探　　在硬（E~2200 kPa，无明显应力松驰）PDMS基底上构建了Fmin、Fmed和Fmax表面。将rMSCs在预吸附了FN的各基底上粘附12小时后利用细胞力学拉伸仪对其施加24小时周期性单轴拉伸应变（0.2 Hz，10%振幅）。同时，对未接种细胞的基底施加相同的拉伸，以观察基底应变本身对吸附FN的影响。研究发现，基底应变可以传递至蛋白层，但单纯的基底应变不影响吸附的FN层。在Fmin表面上，FN不能抵抗CTF牵拉而发生大面积脱附并减弱细胞骨架和黏着斑形成，且基底拉伸应变更进一步促进了CTF对FN的脱附从而阻碍了拉伸应变向细胞的传递，细胞难以感受基底拉伸应变，细胞排列取向性较弱；而在Fmed和Fmax表面上，FN可以耐受CTF牵拉，细胞骨架和黏着斑增强，使拉伸应变可向细胞有效传递，细胞响应基底拉伸应变而趋于垂直于拉伸方向排列。上述结果证明，Fad通过调控CTF对吸附蛋白质层的重构/脱附程度以及黏着斑的形成，决定基底拉伸应变向细胞的传递效应，并最终影响细胞对拉伸应变的感知和响应。　　综上所述，本论文成功构建了Fad的定量检测平台和调控平台，证实Fad通过调控CTF对吸附蛋白质的重构/脱附程度来影响CTF和基底拉伸应变的传递，并最终调控细胞对基底力学性质和拉伸应变的感知和响应。本论文在细胞-蛋白-材料系统的界面研究中引入了“蛋白-材料界面力”，这为生物界面研究提供了一个新的研究视角，也丰富了生物力学的研究内容，所获得的基于Fad的力传递调控新机制为设计制造有效的组织再生支架提供了全新的思路。