基底材料的拓扑形貌是影响细胞行为的重要因素之一,细胞与微纳米结构图案表面相互作用研究在细胞生物学、再生医学和组织工程领域具有重要的意义。材料表面微纳米图案化不但可以提供结构模版,用以研究细胞对生长环境的响应特性,而且可以为组织再生用支架和植入性器件的设计提供基础数据。本论文首先联合光刻、纳米压印、软印刷等几种先进微纳米图案化技术在细胞基质表面制备出多种微纳米坑、微纳米沟槽以及微米/纳米混合结构用于细胞生长行为研究。同时,我们将软印刷技术直接应用于细胞,开发出一种新的细胞复制技术。利用光学显微镜、扫描电子显微镜和原子力显微镜,对细胞复制品进行成像,不仅可以获得细胞上表面的高分辨结构信息,而且可以直接对细胞与基底的接触面进行观测,并对细胞在表面图案结构的形变进行定量分析。实验结果显示,细胞会根据材料基底表面的图案结构产生相应的形变,而且这种形交响应与图案几何形状、尺寸,细胞伸展和基底表面的黏附蛋白浓度有关。在一定范围内,图案越大、越深,细胞形变越大；细胞伸展面积越大,形变越小；黏附蛋白可以促进细胞伸展,从而使细胞形变减小。同时,HeLa癌细胞的形变比健康成纤维细胞的形变大。微米坑图案能够明显促进细胞在材料表面的黏附；微米沟槽图案则对细胞具有接触诱导效应,可以诱导细胞响应所生长的微纳米沟槽结构进行骨架苇排,从而引起细胞取向行为变化。细胞的取向行为与细胞形变有紧密联系,一般情况下,细胞形变越大,取向性越明显。研究结果表明,可以通过表面的图案形状和尺寸对细胞取向行为进行调制,并在一定程度上影响细胞迁移。利用不同深度和间距的垂直交叉微米沟槽可以对细胞平均取向角度进行调制,这种取向调制对促进组织修复和再生将具有重要的作用。