细胞在体内的生长环境由高度组织化的生物物理结构和多种因子控制的三维环境组成,细胞与生长基质之间的相互作用研究是一个十分重要的研究课题。表面润湿性对生物体系影响很大,可进一步调控生物体系在材料表面的响应。基于疏水材料特性开发的具有特定生物功能性的系统在生物医学领域具有广泛的应用。向自然学习,通过模拟玫瑰花瓣效应可赋予材料特殊的疏水高粘附特质,为实现液滴控制及细胞多维度培养提供了可能性,也是目前一个非常重要的研究领域。丝素蛋白材料是理想的生物材料,被FDA批准用于医疗器械中。本论文基于丝素蛋白良好的生物相容性,利用复制模塑技术,成功制备了具有仿玫瑰花瓣微/纳结构的丝素蛋白膜材料,并探究对具有仿生微/纳结构的丝素蛋白膜进行不溶后处理的最佳方案,研究了具有不同表面浸润性的丝素蛋白膜材料在不同培养角度(0°、90°、180°)下对细胞生长行为的影响作用,揭示了细胞在抵抗重力作用下的粘附和增殖情况,为基于微平台的生物芯片技术、高通量筛选的应用提供有力的理论基础和技术支持。主要研究结果如下:(1)以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为弹性模板,利用复制模塑技术成功制备了具有仿玫瑰花瓣微/纳结构的丝素蛋白膜材料。并系统考察了甲醇处理、乙醇处理和水蒸汽退火处理对丝素蛋白膜理化性质的影响,实验结果表明,水蒸汽退火处理不仅能有效促进材料在溶液中的稳定性,还能保持材料的仿生微/纳精细结构,并且在65℃水蒸汽下退火处理6 h对样品的不溶后处理效果最佳。(2)研究了所制备丝素蛋白膜材料的表面浸润性,实验结果表明,与天然玫瑰花瓣和平整丝素蛋白膜相比,具有仿玫瑰花瓣微/纳结构的丝素蛋白膜材料表面水接触角可达141.4±0.21°,粘附力可达351.1±25.6 μN,表现出疏水高粘附的“玫瑰花瓣效应”,同时提出了具有仿生微/纳结构的丝素蛋白膜表面浸润模型符合Cassie impregnating接触模式,液体能够浸润微米乳突结构,但是无法浸润纳米褶皱结构。(3)二维(0°)体外细胞培养实验结果表明:细胞在培养初期先粘附在其乳突结构中部,而后再逐渐覆盖纳米褶皱区域这与仿玫瑰花瓣微/纳结构丝素蛋白膜表面浸润模式(Cassie impregnating接触模式)密切相关;并且在细胞培养初期(6 h和1 d),丝素蛋白膜表面仿玫瑰花瓣微/纳结构可为细胞提供锚定位点,从而促进细胞粘附和增殖,而在细胞培养中后期(3d和7d),材料表面疏水性会阻碍细胞向外增殖扩散,细胞无法获得充足的生长空间,从而导致仿玫瑰花瓣结构丝素蛋白膜表面细胞增殖速率减缓。(4)抵抗重力影响的不同角度(90°、180°)体外细胞培养实验结果表明:由于重力作用减弱了细胞在材料表面的粘附,因此制备的丝素蛋白膜表面细胞数量显著减少,然而由于丝素蛋白膜表面特殊的仿生微纳结构可显著促进细胞在材料表面牢固粘附,使细胞可以一定程度上抵抗重力作用,在90°和180°培养条件下仍然较好地在材料表面粘附生长。特别是在180°的培养条件下,生长在仿玫瑰花瓣微/纳结构的丝素蛋白膜表面的细胞可沿垂直方向聚集增殖,形成三维细胞聚集球状物。(5)初步建立了不同角度培养下粘附在材料表面细胞液滴内部及单个细胞受到的重力与粘附力的力学模型,认为材料表面粘附的细胞液滴中,当细胞聚集体的重力大于内部流体力时,会发生细胞沉降,由于仿玫瑰花瓣微/纳结构丝素蛋白膜表面具有“玫瑰花瓣效应”,在抗重力条件下,疏水高粘附表面特性可提高细胞液滴与材料表面接触界面稳定性,仿生微/纳结构为细胞提供了更多锚定位点,增强了细胞在材料表面的粘附力,使细胞能抵抗重力作用增殖生长,并形成细胞聚集球状物。