使用合成材料来调节细胞环境一直是生物医学研究的长期挑战。天然的细胞环境是高度复杂和动态的,使得理解和模拟细胞环境具有相当的挑战性。人们已经认识到,如果材料表面仅仅呈现出类似于天然细胞外基质(ECM)所具有的性质,远不足以解决当前在生物材料和医疗保健中所面临的挑战。为了更好地理解细胞-材料的相互作用并发展用于再生应用医药的生物材料,动态结构单元慢慢地被加入到仿生界面的构建中。发展可对外界环境的改变做出响应的智能表面成为研究的热点。本文主要开展了基于自组装单分子膜的电化学调控的仿生智能表面的构建与表征。通过电化学技术、电化学-表面增强拉曼光谱联用技术、交流阻抗、X-射线光电子能谱等多种技术的表征,研究了基于苯醌衍生物单分子自组装膜的电极表面在电化学控制下的化学反应的发生与监测,进而构建出可控制细胞粘附与迁移的仿生智能表面,并对细胞在这些表面上的行为进行了进一步的研究。具体的研究内容包括：1.成功地在本实验室搭建了电化学-表面增强拉曼光谱联用装置。为后面研究电极表面的现场化学反应过程以及表征电极表面的反应产物等工作打下了基础,并为实验室今后现场研究电极表面化学反应过程奠定了一定的基础。2.研究了金电极表面电化学调控的以对苯二酚为端基的自组装单分子膜(SAMs)的杂环化反应。该反应包含了一个电化学调制下的自组装单分子膜中的氢醌／醌头基相互变换以及随后的在电化学调控下生成的苯醌头基与溶液中的L-半胱氨酸进行杂环化反应两个过程。该反应过程通过XPS和电化学表面增强拉曼光谱(EC-SERS)监测。这个表面反应是一个分两步进行的反应,并得到苯并噻唑产物,而在溶液中,该反应是一个更加复杂的多步反应。这一结果表明,在致密的自组装膜中,并不妨碍分子内杂环反应的发生,但阻止了分子间偶联反应的发生。这项工作提供了在固-液界面发生的生物分子相关的多步反应的控制和监测的前景。3.构建了一个电化学调控多肽固定及其构象变化的智能表面。此动态表面是基于含有表面固定的头基为三甲氧基苯基团的自组装单分子层,其头基可通过电化学表面活化被阶段性地变换为儿茶酚衍生物。这个新的智能表面可以用来实现多肽的固定化,更重要的是,可以控制多肽的构象变化。我们通过实验证明,经历一次电化学活化步骤,可使含有链状RGD序列的多肽固定在自组装膜表面。而经历第二次电化学活化步骤,可使链状RGD肽转化成环状构象。分别表现为链状和环状的RGD肽的自组装膜表面对成纤维细胞表现出不同的粘附性行为。该反应过程可通过循环伏安(CV),电化学表面增强拉曼光谱(EC-SERS)和X射线光电子能谱(XPS)很好的监测。我们相信这种稳定的智能表面能在生物活性基的表面固定方面找到广泛的应用。4.发展了一种电场控制下可控制细胞的粘附和迁移的智能表面。此动态表面是基于带正电荷的季铵盐端基的含RGD肽序列的自组装单分子层。当施加正电位时,电极表面会排斥带正电荷的端基并形成链状的RGD肽,而当施加负电位时,电极表面会吸引带正电荷的端基接近其表面,并形成一个环状的RGD肽。环状RGD肽比链状RGD对细胞的粘附数量明显更高。而通过结合微流控芯片技术,我们观察到在特定区域的细胞粘附并且实验结果显示细胞在环状RGD肽改性表面比在链状RGD肽的改性表面上迁移速度更慢。我们认为,这种强大的智能表面可以在生物活性基团表面固定,以及细胞生物学组织工程的相关研究找到广泛的应用。