由氨基酸类衍生物小分子自组装形成的超分子水凝胶由于具有类似于胶原蛋白的纳米纤维结构,良好的生物相容性,分子可设计性强,以及对外场刺激灵敏响应等特性被认为是一类非常有潜力的生物材料,在组织工程和细胞培养等领域具有广泛的应用前景。在组织工程和细胞培养研究过程中,细胞的粘附对细胞后期的增殖、分化等行为都具有重要的影响。因此,研究超分子水凝胶对细胞粘附的调控具有重要的理论和现实意义。手性是氨基酸的自然属性之一,研究氨基酸类超分子水凝胶的手性及其对细胞粘附的影响十分必要。同时,利用超分子水凝胶的外场响应性研究其在构建逻辑门、调控细胞粘附等方面的应用也具有重要的科学价值。本论文首先利用苯丙氨酸的手性,设计并合成了基于D/L-苯丙氨酸衍生物的水凝胶因子D/L-PH。该类水凝胶因子可自组装形成不同手性的纳米纤维,为细胞三维培养提供手性微环境,通过对细胞粘附和增殖的研究发现纳米纤维的手性可以调控细胞的粘附行为。紧接着,为了揭示超分子水凝胶的手性组装机理,我们利用具有手性的苯丙氨酸衍生物与非手性的双吡啶基衍生物进行共组装,构建了一类手性可调的双组份超分子水凝胶,通过改变非手性组分(双吡啶基衍生物)可实现水凝胶和纳米纤维手性的反转。同时,我们通过引入对光敏感响应的偶氮基团,将l-苯丙氨酸衍生物与对光敏感响应的小分子进行共组装,构建了多重响应的超分子水凝胶体系,并探讨该类超分子水凝胶在构建超分子水凝胶逻辑门、调控细胞粘附与释放方面的应用。论文主要包括以下四部分:1.苯丙氨酸衍生物水凝胶纳米纤维的手性调控细胞粘附1)首先,设计并合成了一类基于d/l-苯丙氨酸衍生物的手性水凝胶因子,该类凝胶因子通过自组装可形成具有不同手性纳米纤维结构的超分子水凝胶。2)采用扫描电镜(sem)、透射电镜(tem)、原子力显微镜(afm)等技术手段证实了水凝胶中纳米纤维手性的存在;通过圆二色光谱(cd)研究了超分子水凝胶的手性与凝胶因子分子手性之间的转换与差异,发现超分子水凝胶的手性可通过外界环境如温度和组装时间等进行有效调控。3)研究水凝胶的纳米纤维手性对细胞粘附和增殖的影响,发现由l-苯丙氨酸衍生物自组装得到具左手螺旋的纳米纤维相对于右手螺旋的纳米纤维(由d-苯丙氨酸衍生物组装得到)对细胞具有更好的粘附效果。进一步研究纤连蛋白(fn)在纳米纤维薄膜上的吸附行为,发现纳米纤维调控细胞粘附的手性效应是由细胞膜上的蛋白质与手性纳米纤维作用介导所产生的。2.非手性的双吡啶基衍生物调控苯丙氨酸衍生物水凝胶手性的反转1)设计并制备了基于c2对称的苯丙氨酸衍生物与双吡啶基衍生物共组装形成的超分子水凝胶体系。2)通过sem,cd,vcd等技术手段对纳米纤维的手性结构和凝胶的手性进行研究,发现改变非手性双吡啶基衍生物分子可以对凝胶纳米纤维的手性进行有效调控,并实现纳米纤维手性的反转。3)进一步通过单晶x射线衍射技术和计算模拟揭示了水凝胶lpf2-l1的共组装机理,即酰胺基与羧基间的氢键、吡啶基与羧基间的氢键协同作用,共同驱动分子组装形成具手性的纳米纤维,进而形成超分子水凝胶。3.苯丙氨酸衍生物与偶氮衍生物共组装构建超分子水凝胶逻辑门1)利用共组装的思想,设计并制备了基于c2对称的苯丙氨酸衍生物(lpf2)与偶氮衍生物(4,4’-偶氮吡啶,ap)共组装形成的超分子水凝胶lpf2-ap。2)采用cd、红外光谱(ftir)、核磁共振(1hnmr)、粉末x射线衍射(pxrd)等技术进一步证实了双组份水凝胶的共组装机理。3)研究了lpf2-ap对温度、酸碱、光等刺激的多重响应性,并构建了xor,or逻辑门,为将来超分子水凝胶用于智能定量给药系统提供了一个新的思路。4.基于苯丙氨酸衍生物的多重响应水凝胶及其光控细胞释放1)设计并制备了基于c2对称的苯丙氨酸衍生物与双吡啶基衍生物共组装的超分子水凝胶lpf2-ppi。2)采用cd,ftir,1hnmr,xrd等技术手段证实了lpf2-ppi的共组装机理:酰胺基与羧基、吡啶基与羧基形成多重氢键共同驱动分子组装,形成纳米纤维和具有三维纤维网络的水凝胶。3)研究了lpf2-ppi对温度、酸碱、光以及主客体化学等环境的多重响应性,并利用lpf2-ppi水凝胶对光的灵敏响应及良好的生物相容性,研究了超分子水凝胶在光辐射下调控细胞在二维界面的粘附和在三维凝胶中的释放应用,并实现了光辐射调控细胞的脱附与释放。