细胞是生命的基本单位,而细胞的生存和活动离不开细胞外基质。细胞外基质的拓扑结构可以通过改变细胞的形状和细胞骨架来影响细胞的一系列行为,包括细胞的迁移、增殖和分化。人工构建纳米拓扑结构用于细胞的体外培养和研究,不仅可以模拟细胞外基质为细胞提供支撑,还可以通过调节纳米拓扑结构来主动影响细胞的行为,比如指导干细胞的定向分化。指导干细胞定向分化是干细胞研究的主要目的之一。本论文的研究目的就是利用纳米拓扑结构诱导干细胞向成骨细胞分化。间充质干细胞是研究干细胞定向分化中最常用的细胞。一方面,间充质干细胞具有多向分化潜能,可以分化为成骨细胞、软骨细胞、脂肪细胞和神经细胞等；另一方面,间充质干细胞的来源广泛,分离和提取的方法简单快捷,并且不涉及伦理问题。本实验选用的干细胞就是从大鼠骨髓中分离提取的间充质干细胞。本论文利用二氧化硅纳米微球自组装形成蛋白石模板,再利用蛋白石模板制备聚苯乙烯反蛋白石结构。通过调节模板二氧化硅微球的粒径既可以调节反蛋白石结构的孔径,因此制备出一系列不同孔径的结构。将制得的反蛋白石结构进行不同倍数的拉伸,就能得到具有多孔网状特征的结构。将表面为纳米孔洞的反蛋白石结构和多孔网状拉伸结构作为基底研究其对骨髓间充质干细胞行为的影响。研究结果表明,反蛋白结构可以诱导间充质干细胞向成骨细胞分化,并且这种诱导效应与反蛋白石结构表面纳米孔洞的孔径正相关。同时,多孔网状拉伸结构也能促进间充质干细胞向成骨细胞分化,但当拉伸倍数太大时,成骨诱导效应反而会降低,尤其是在诱导分化后期,说明拓扑结构影响干细胞行为存在尺寸阈值。实验的研究结果对生物材料的表面设计具有一定的指导意义。