在生物体内，细胞处于一个非常复杂的环境，这其中包括细胞外基质，其他细胞，以及可溶的因子。这些生物物理以及生物化学信息对于介导细胞的命运发挥着重要的作用。然而，目前细胞在其天然微环境中的行为还存在很多未知。在体外构建人工的细胞支架为细胞生物学研究提供了有效的工具。另外，精心设计的人工生物材料还可以可控地介导细胞的行为，这为许多临床和生物医学上的应用都提供了前所未有的机遇。这里，我们通过结合纳米材料，聚合物化学和细胞生物学，构建了一系列2D和3D的智能生物材料并成功用于调控细胞的行为。主要结果概况如下:　　1.将具有近红外吸收的石墨烯与多重刺激响应的核酸分子相结合，我们设计了近红外光和pH双响应的生物界面并用于调控细胞的粘附行为。由于近红外光具有良好的生物兼容性和组织穿透能力，该体系将在生物医学领域中展现出巨大的优越性。另外利用核酸pH响应的构象变化性质，该界面同样可以实现pH可控的细胞调控。相对于单一响应的体系，双响应的体系可以更加精确复杂地操控细胞。　　2.利用上转换纳米粒子功能化的基底，我们设计了一个灵活的近红外光响应体系。该基底可以动态地控制细胞-基底之间的相互作用。在深层组织模型中，该体系仍然具有良好的细胞调控效果，这表明了其在深层组织应用的潜能。本工作为设计基于上转换纳米粒子的生物界面开辟了思路。　　3.我们成功设计了一个对生物信号分子响应的凝胶基底并用于动态地控制细胞的粘附。通过引入核酸适配体，该凝胶基底可以选择性地识别生物信号分子，并改变表面性质来调节细胞的行为。不仅外源的信号分子，周围细胞分泌的内源信号分子也可以激活基底并刺激细胞粘附状态的改变。　　4.通过结合氧化石墨烯和温度响应的聚合物，我们成功地设计了一个近红外光响应的凝胶并用于可逆的细胞装载和释放。这里石墨烯不仅作为生物相容的支架材料，而且还可以作为近红外光响应的智能元素来刺激凝胶体积的变化。凝胶快速的体积变化导致了里面所装载的细胞的可控释放。相对于传统的惰性凝胶，该智能凝胶可以实现更加精确的细胞运输。　　5.受自然界中承重结构的启发，这里我们构建了一个基于金属-多酚配合物的多功能外壳用于包裹细胞。该纳米外壳不仅可以保护细胞还提供了一个细胞表面工程化的通用平台。磁性纳米粒子，DNA分子，以及成像造影剂都可以方便地整合到外壳表面，这为调控和监测细胞提供了有力的工具。另外区别于传统的惰性材料，该外壳可以在外界刺激下可控地降解，从而可逆地调控细胞的分化和表面修饰。