调控材料表面与细胞的相互作用是所有生物材料研究及应用的关键，对于细胞生物学的基础研究以及生物材料在组织工程、再生医学领域的应用具有重要意义。生物体内，细胞外基质通过动态分布的生物活性分子（如蛋白、因子等）来调控细胞的粘附、迁移、分化乃至凋亡等行为。因此，通过动态调节材料的表面性质实现对生物蛋白或信号分子的动态调控，对于研究细胞与细胞、细胞与材料的相互作用是非常重要的。基于光刻技术具有时空可控、剂量可调的优势，成为材料表面实现蛋白等生物活性分子可控固定的主要技术。特别在水凝胶上，人们可以通过功能化修饰蛋白使其能与水凝胶表面基团发生光引发共价键连或亲和作用来实现蛋白的可控吸附与固定。然而这些方式需要对蛋白进行修饰，操作过程繁琐的同时增大了蛋白失活的风险。因此，本论文提出通过光化学反应调控材料表面性质实现蛋白、细胞的可控吸附与粘附，并在水凝胶上实现蛋白吸附介导的细胞行为调控。具体研究内容如下:　　(1)设计合成了一个可见光敏感的光开关分子，通过多巴胺粘附基团作用在石英等基片表面形成自组装单分子层膜(SAM)。该SAM对可见光具有良好的光响应性，在光照前呈疏水性有利于细胞的粘附，而光照后由于分子结构转变成超亲水的两性离子结构而对细胞呈现抗粘附性，从而实现了光可调控的细胞粘附和解粘附。基于光敏分子优异的开关可逆性，该SAM具有可重复利用性，在生物传感、可植入生物材料方面展现潜在应用。　　(2)设计合成了一系列光敏水凝胶，通过光调控水凝胶表面与蛋白的静电作用实现蛋白在水凝胶上的可控吸附。该水凝胶在光照之前由于季铵盐阳离子单体的引入呈现正电性，可以通过与负电性蛋白的静电作用将蛋白吸附固定。光照后，光剪切反应使水凝胶转变为两性离子的抗粘附表面，从而实现蛋白的释放与抗粘附。最后，通过光调控水凝胶表面粘附蛋白的吸附实现了细胞的可控粘附。该固定蛋白的方法对负电性蛋白具有普适性，可以实现天然蛋白温和、时空可控、可程序化操控的固定。　　(3)提出利用水凝胶表面光生醛基实现天然未修饰蛋白的共价可控吸附。该水凝胶通过引入一个光敏两性离子单体来实现光响应性。光照前，由于水凝胶表面的超亲水性质，对蛋白呈现抗粘附性能，光照后，邻硝基苄基光扳机的光剪切反应释放两性离子的同时原位产生活性醛基，通过与蛋白氨基的imine-ligation反应实现蛋白的共价固定。该方法可以在温和条件下，对未修饰的天然蛋白实现时空可控、剂量可调的共价固定，对蛋白具有普适性并保持了蛋白的生物功能，为构建生物活性水凝胶并模拟天然细胞微环境提供有效手段。　　(4)基于第三部分工作，我们提出利用光生醛基策略实现水凝胶表面功能蛋白的可控固定以实现细胞相关行为的调控，包括粘附、增殖、迁移等。利用光的定点优势，实现了HUVEC和HFF-1细胞在水凝胶表面的定位粘附;并利用光可程序化操控优势，实现了蛋白动态分布介导的细胞增殖和迁移等行为的调控。该调控细胞在水凝胶表而生长行为的方法简便、高效、易于操作并具有良好的生物相容性，为细胞生物学的基础研究提供了新的思路，为构建生物活性水凝胶并实现在组织工程以及再生医学方面的应用提供可能。