长期以来,生物力学信号与细胞行为和功能之间的相互作用是国内外力学、材料学、化学、生物学等众多领域中共同关注的研究焦点。细胞感知微环境中的生物力学信号刺激并将其转化为生物化学信号的特异性生物力学感受器主要包含:离子通道、G蛋白偶联受体以及整联蛋白等。其中,整联蛋白所介导的“黏着斑-细胞骨架”系统被广泛认为是生物力信号通过细胞膜传递至细胞内的主要途径。生物力学信号转导对细胞行为和功能的维持、生物有机体的正常生理代谢、疾病的发生以及发展等生理过程均具有十分重要的调控作用。因此,深入开展利用生物力学信号对细胞功能进行调控的相关研究,对于阐明生物力学信号对有机体的发育、生长、免疫以及疾病的发生和发展等生命过程的调控机制具有重要的意义。由于一些水凝胶具有物化性质可控、保水性较高以及生物兼容性良好等优点,可以作为研究生物力学信号与细胞行为响应之间关联性的基质材料。因此,本文开展了一系列基于水凝胶的生物力学信号与细胞行为响应之间关系的研究:在第二章中,采用不同刚度的丙烯酰胺水凝胶基底探究生物力学信号对细胞生物学功能的影响。由于生物体内不同组织器官的细胞力学微环境差异较大,为了模拟多种体细胞的生物力学微环境,本实验通过对单体丙烯酰胺和交联剂甲叉双丙烯酰胺的配比进行调整,构建具有不同刚度的水凝胶基底,从而对生物力学信号与细胞响应之间的关系进行初步探究。在第三章中,通过构建具有光响应能力的生物力学信号致动器基底,对细胞的行为进行动态光操控。通过在温敏水凝胶的合成过程中掺杂具有光热效应的金纳米棒,使之与水凝胶进行交联,构建能够利用近红外光远程操控的生物力学信号致动器。以波长为808纳米的激光发射器作为光源,考察不同强度近红外光照射下生物力学信号致动器的响应规律,验证了利用该力学信号致动器操控细胞行为的可行性。在第四章中,利用已构建的生物力学信号致动器实现对集体细胞行为的高可控度调控。将不同强度的近红外光作用于所构建的生物力学信号致动器,验证光机械操作对细胞行为的调控。通过进一步应用微接触印刷修饰的方法,对生物力学信号致动器表面的RGD肽进行定向排列图案化修饰。在近红外光的作用下,考察图案化生物力学信号致动器对集体细胞行为的操作能力,验证了图案化生物力学信号致动器对集体细胞行为和功能的高可控度调控。