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细胞图案化是于体外模拟并塑造细胞体内微环境、研究细胞与其微环境各成分间相互作用的实验工具，涉及从微机械、微电子加工技术到生物学、化学、材料学、物理学等基础学科的众多领域，在细胞生物学基础问题研究及组织工程、生物传感、药物筛选、创伤治疗等领域中发挥重要作用。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是目前应用最为广泛的一种聚合物芯片材料，在很多领域发挥重要作用。PDMS良好的生物相容性，透气、透光性以及易于加工等特点有助于其成为细胞培养基底。基于PDMS自身特性，发展具有更多性能的PDMS复合材料，以丰富其作为细胞培养和细胞图案化基底的功能，并进而构建具集成功能的芯片，是本论文的研究目的。从该目的出发，结合课题组早期对PDMS性质及应用的研究，本论文开展了以下研究工作：
1、PDMS表面纳米银阵列图案的制备及其对细胞的高效捕集
建立了一种简单易行的细胞图案化方法，将纳米银介入细胞培养基底，该举措不仅赋予细胞安全的培养环境，并保留使用自组装技术以诱导细胞粘附形成图案的可能性。利用PDMS基质中的还原性基团-Si-H，于PDMS上原位合成纳米银(AgNPs)覆盖层，大肠杆菌粘附实验证实该复合物具有优良的抗菌性能。结合微流控装置和等离子体处理，可于PDMS上构建包括微阵列在内的各种AgNPs微图案。我们对所制备微图案的精度进行了评估，图案的空间最小分辨率可达8μm，且对微流管道原版具有很高的保真度。我们进一步利用自组装技术于AgNPs模板上枝接RGDC功能合成肽，实现了对肝癌细胞SMMC-7721粘附的空间控制。细胞选择性地粘附于AgNPs模板形成高质量的图案，并在培养过程中表现出良好的铺展、迁移和增殖能力。
2、Au/PDMS基底的构建及其细胞图案化研究
首次使用化学镀而非传统的金属蒸发和溅射方法在PDMS上实现了纳米级导电金膜的制备，该方法成本低廉，无需复杂设备，便于在普通化学实验室推广。该化学镀方法是基于我们前期报道的利用PDMS中残余-Si-H基团还原性制备纳米复合材料的原位合成方法建立的，以原位合成的纳米金为晶种诱导镀金液中金的沉降和成膜。利用金与Cl-配位的电化学反应，我们对电解液覆盖下的金膜进行刻蚀，在Au/PDMS基底上制备“金岛”及PDMS点状图案。伴随电化学刻蚀，在对电极上发生H+还原，溢出氢，形成气泡安全区，可用于制备“金岛”图案；而借助具有微孔阵列的PDMS镂空模板，可对金基底进行局部刻蚀，制备PDMS点状图案。通过于Au上自组装EG6及PDMS上吸附纤维连接蛋白FN，我们在图案化的Au/PDMS基底上成功构建了亲/疏细胞区域，并得到了细胞图案。本章提供的方法及Au/PDMS基底有望用于生物传感阵列芯片的制备。
3、SMMC-7721细胞与亚甲基兰相互作用的电化学初探
利用电化学方法研究了MB与SMMC-7721细胞的相互作用。结果表明细胞对MB的吸收呈指数衰减，以单指数方程拟合得到的衰减速率随MB浓度增加而增加。此外，所采集的电化学信号与细胞浓度不具备线性关系。为实现对MB跨膜吸收的高灵敏、高通量的电化学跟踪，我们在前一章化学镀金基础上，结合PDMS易于切割的特性，成功地制备了集成微环阵列电极的PDMS开放芯片，该芯片兼具电化学池和电化学检测的功能。实验证明微环电极具有良好的导电性，同一芯片上的数个微环电极间具有很好的重现性。利用该微环电极我们实现了对MB单体与二聚体电流峰的分辨，有望用于含Cl-环境下MB跨膜机理的深入研究。