人工合成的水凝胶由于其亲水性和具有生物相容性的潜力,自开创以来一直是生物材料科学家关注的热点。具有环境响应性的智能水凝胶系统更是在模拟生物体内动态的复杂环境上备受青睐。科学家们将物理和化学刺激应用到诱导智能水凝胶系统的各种响应中,从而根据需要调控水凝胶的力学性质、水凝胶内细胞和药物等释放以及水凝胶的降解等。而与其他环境响应水凝胶相比,光响应水凝胶的机械性能可以在光照下远程和非侵入性地控制,同时,光作为一种天然的调节元素,可以精确地控制作用部位、时间以及强度。因此,具有光响应机械性能可调控的水凝胶在生物医学领域有着广泛的应用,包括传递生物活性分子、细胞培养、生物传感器以及组织工程等。在第一章的绪论部分中,我们主要介绍了整篇文章需要的背景知识。首先,我们介绍了几类常见的光调控荧光蛋白(Phototransformable fluorescent proteins,Pt FPs),包括光活化荧光蛋白(Photoactivatable fluorescent proteins,PA-FPs)、光可转换荧光蛋白(Photoconvertible fluorescent proteins,PC-FPs)以及可光开关荧光蛋白(Photoswitchable fluorescent proteins,PS-FPs),简单地阐述了它们的光调控形式和原理并列举了几种典型的代表。然后,我们介绍了光控荧光蛋白在脉冲追踪实验、超分辨率成像、光遗传学、荧光传感器等领域的实际应用。之后,我们又从化学基团响应的光控水凝胶和应用光调控荧光蛋白作为可切换交联剂的光响应水凝胶两个方面介绍了光控水凝胶。在第二章的内容中,我们详细介绍了基于光裂解蛋白的机械性能可调控的水凝胶。已经报道的大多数光响应蛋白水凝胶,它们的光响应都是基于光照下蛋白质的寡聚态和单聚态之间的转换。我们利用Pho Cl在紫光(?400 nm)诱导下会发生β-消除反应,扩展发色团的共轭体系,并伴随多肽主链的裂解这一光转化特性,设计了两种Pho Cl的突变体,并将它们分别应用于聚乙二醇水凝胶。这两种类型的水凝胶,它们的机械稳定性在405 nm光照射下可以分别减弱或增强。我们设计的这两种Pho Cl-PEG水凝胶是对基于光响应蛋白的光调控水凝胶新的操作模式的又一探索。在第三章的内容中,我们介绍了利用上述Pho Cl-PEG水凝胶探究机械力及配体密度对干细胞的调控的设想。掌握干细胞增殖、分化受到的调控因素是探索干细胞工程的必经之路,是我们利用干细胞解决医学问题的必要前提。我们利用限制性内切酶的方法把带有RGD(Arg-Gly-Asp)的一段序列引入我们设计的两种Pho Cl突变体:Pho-Weak和Pho-Strong的末端。我们设想Pho-Weak-RGD和Pho-Strong-RGD分别应用于聚乙二醇水凝胶,而这两种可光调控的水凝胶在光照后分别改变水凝胶的机械性能和RGD的配体密度,可以用于探究机械力及配体密度对干细胞的调控。最后,我们将对以上所有工作做出总结,同时提出将来可以基于以上工作进行进一步研究的展望。