水凝胶是一种介于溶液和固体之间的特殊状态的“软物质”,由于其含有大量水、一定的机械强度且内部具有疏松的多孔结构并允许营养物质在其内部扩散,因而已经被广泛用作细胞培养基质而用于组织工程、再生医学等领域,是一类重要的生物功能材料。通过短肽分子自组装形成的水凝胶体系具有易于合成、便于进行化学结构修饰等优势,同时短肽超分子水凝胶具有生物相容性好、易于降解等优点,且通过短肽中氨基酸序列的设计可获得能够与生物体系发生特定的识别作用的智能型超分子体系从而实现超分子水凝胶的响应和特定生物功能。光活性分子因其分子结构和性质能被外界光源以不直接接触的方式进行定时、定点的调控而被广泛应用于各种新型的智能材料之中。二芳基四氮唑是一类较为特殊的光敏分子,在温和的紫外光照射下可迅速释放一分子氮气形成腈亚胺偶极子,进而与烯烃发生快速的1,3-偶极环加成反应并形成具有荧光的吡唑啉类产物,该反应近年来也被称为“光点击”反应,具有高产率、速率快、副产物少、生物相容性好等在化学生物学中应用的优势。我们将具有光反应活性的二芳基四氮唑分子连接在短肽的N端,通过改变短肽序列,达到亲水疏水作用之间的平衡进而促进短肽分子自组装形成光敏型超分子水凝胶。通过不同结构的二芳基四氮唑和不同的短肽序列的组合,我们构建了多种生物相容性的光敏超分子水凝胶体系,并将其作为细胞培养基质用于多种细胞的二维、三维培养；并通过“光点击”反应前后分子构型的微小变化,实现了光诱导下超分子水凝胶宏观状态和微观结构的变化,展示了这些光敏短肽超分子水凝胶在构建光可调控性细胞生长微环境方面的新应用。论文工作的第一部分构建了基于二芳基四氮唑短肽的分子内光点击反应的光降解型超分子水凝胶体系。将二芳基四氮唑分子N端苯环上引入一个与四氮唑处于邻位的烯丙基醚取代基,使得分子在温和的光照下可发生分子内的光点击反应,引起分子结构中的大共轭体系被破坏的同时形成基于p-π共轭荧光团。经过此种四氮唑分子修饰的短肽凝胶因子所形成的水凝胶在经过10秒的光照后由分子内光点击反应生成的产物即可“点亮”整个水凝胶,并可以通过光掩膜技术对水凝胶进行光蚀刻；随着光诱导的分子内光点击反应对凝胶因子分子结构的改变,超分子水凝胶体系中疏水相互作用和亲水作用间的平衡逐渐被打破,发生水凝胶向溶液的相转变过程。基于此类四氮唑修饰的短肽中发现的具有高度生物相容性的凝胶因子,我们构筑了在pH中性下能与水或细胞培养基形成比较牢固的水凝胶并作为细胞二维及三维培养的基质,其中Tet(I)-GFF水凝胶成功地被应用于进行成肌细胞C2C12的二维培养,并通过光照控制释放包裹在水凝胶中的马血清用于控制C2C12细胞的分化过程；Tet(II)-GFRGD则被应用于人骨髓间质干细胞hMSC的三维培养,通过光照调节水凝胶的机械性能,从而影响三维培养在水凝胶中hMSC细胞的伸展行为。这部分工作展示了由光点击反应底物分子修饰的短肽所构建的新型光敏超分子水凝胶在调控细胞微环境和细胞行为方面具有重要的应用潜力。论文工作的第二部分构建了基于二芳基四氮唑短肽的分子间光点击反应的光降解型超分子水凝胶。我们对二芳基四氮唑进行了不同的修饰,其中甲氧基取代的四氮唑分子通过提升光点击反应过程的中间体腈亚胺的HOMO轨道能量,加快了偶极环加成的反应速率,提高了基于四氮唑短肽的超分子水凝胶的光敏性。与此同时使用具有强亲水能力的对苯乙烯磺酸钠作为四氮唑与烯烃之间偶极环加成光点击反应的亲偶极体,随着光点击反应的进行,四氮唑短肽分子逐渐转化为亲水性更强的含有磺酸根的毗唑啉分子,破坏了亲疏水作用的平衡,实现了基于分子间光点击反应的可快速光降解的超分子水凝胶。通过对所得到的四氮唑短肽凝胶因子MeO-Tet-GA和Nap-Tet-GGG的生物相容性的测试发现,Nap-Tet-GGG对于hMSC细胞具有良好的生物相容性,而对于4T1细胞具有较强的毒性,并且MeO-Tet-GA凝胶因子可以用于4T1细胞的三维培养。这部分工作构建了基于四氮唑短肽与亲水性烯烃的分子间光点击反应的具有良好的生物相容性的光降解水凝胶,具有应用于细胞外基质并通过光来调控细胞行为的潜质。论文工作的第三部分构建了基于二芳基四氮唑短肽分子间光点击反应的双光子光蚀刻型超分子水凝胶。与单光子激发相比,双光子激发所使用的近红外光能够减少光在水凝胶内部的散射和提供很高的三维空间分辨能力。通过将二芳基四氮唑分子的N端的苯环换成甲氧基取代或氮乙酰基的萘环,C端的苯环换成苯氧乙酸,增加了共轭体系使得基于该类四氮唑形成的水凝胶更加稳定,并且使得四氮唑分子的可被激发波长红移的同时增大了分子的双光子横截面积,得到了两种可用近红外飞秒激光器进行双光子激发的四氮唑分子TPI-COOH和TPII-COOH。通过在苯氧乙酸端连接不同序列的短肽得到一系列基于这两种四氮唑分子的超分子凝胶因子。通过双光子共聚焦显微镜的飞秒激光器对包裹有富马酸二甲酯的TPI-GGF水凝胶进行了双光子光蚀刻,证实了TPI-GGF具有双光子响应的能力。同时,对包裹在TPI-GGF水凝胶中的hMSC细胞和小鼠神经干细胞NSC不同时间的三维培养表明TPI-GGF水凝胶具有良好的生物相容性,可用于不同干细胞长时间的三维培养。为了研究干细胞的分化行为对于细胞外的化学微环境的改变的响应及其内在的调控机制,将富马酸单甲酯修饰的具有细胞粘附作用的c(RGDfK)-MMF以及促进神经细胞粘附和生长的MMF-GIKVAV-OH通过与TPI-GGF的光点击反应修饰到三维包裹有干细胞的水凝胶内部。结果表明,对TPI-GGF水凝胶修饰环状RGD后能够促进间hMSC细胞的分化行为,而IKVAV修饰能够促进mNSC田胞向神经元方向分化。该部分工作利用近红外光具有更好穿透能力以及双光子激发极高的空间分辨能力的特点设计了双光子响应的超分子水凝胶,并且能够提供对细胞外基质精确地修饰生物活性分子,从而影响干细胞的分化命运,在模拟复杂细胞外微环境和研究细胞与细胞外基质相互作用等方面具有较大的应用潜力。