细胞迁移在人体生命过程中起着非常重要的作用。它参与了胚胎形成、伤口愈合、免疫反应等生理过程,也与肿瘤转移紧密相关。体内细胞定向迁移是在体内生物、化学或物理的梯度信号作用下发生的。体外构建梯度材料可在避开体内复杂的环境的同时在一定程度上模拟相应的生理过程,从而突出特定因素对细胞迁移的影响、验证生物材料控制迁移行为的可行性,并对细胞迁移行为进行调控。本文利用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)结合注射法制备了三种不同斜率(0.8、1.6、3.2nm/mm)的聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)分子量(厚度)梯度。通过X射线光电子能谱(XPS)和椭圆偏振光谱对梯度的化学组成和厚度变化进行了表征。在PHEMA梯度表面,血管平滑肌细胞(SMC s)粘着斑和肌动蛋白的表达随着PHEMA的厚度(亲水性)增加而减少,细胞粘附数量、铺展面积和粘附力也相应减少。SMCs在梯度表面趋向于沿着与梯度平行的方向排列,并且向PHEMA厚度低的一端迁移,其趋势随梯度斜率的增加而增大。在PHEMA厚度为3 nm时,迁移速率最大,定向迁移趋势最明显。最佳情况下,有87%的细胞在梯度的诱导下定向迁移。体内组织修复涉及多种细胞的迁移,特定细胞的迁移会促进组织修复,而另一些细胞的迁移会导致组织功能异常。针对血管粥样硬化和“再狭窄”这一具体问题,需要选择性地促进内皮细胞(ECs)迁移同时抑制平滑肌细胞(SMCs)的迁移。通过注射-回填法,结果SI-ATRP和点击化学技术,制备了PHEMA/YIGSR(层粘连蛋白衍生多肽)的互补密度梯度,利用荧光标记对梯度中两组分的变化进行了直接表征,并进一步利用XPS和石英晶体微天平(QCM-d)对互补梯度的组成进行了定量分析。PHEMA密度沿着梯度方向线性减小,YIGSR密度相应线性增加,斜率分别为-48.9ng/cm2·mm和80.4 ng/cm2·mm。在互补梯度表面PHEMA和YIGSR的密度分别为193 ng/cm2和308 ng/cm2处,有82%的ECs沿着YIGSR密度升高(PHEMA密度降低)的方向定向迁移,迁移速率达到了18.2μm/h,是在TCPS表面的5倍,明显快于SMCs (9.7μm/h)。YIGSR与内皮细胞表面的67kD层粘连蛋白结合蛋白(67LR)的特异性相互作用是互补梯度选择性促进内皮细胞迁移的主要原因,而PHEMA的存在降低了细胞与表面的非特异性作用,提高了细胞迁移的定向性。针对神经修复中成纤维细胞(FIBs)迁移太快导致神经纤维化这一问题,本文在抑制FIBs迁移的同时选择性地促进了施旺细胞(SCs)的迁移。在聚磺酸甜菜碱(PDMAPS)和KHIFSDDSSEK(神经细胞粘附分子NCAM衍生多肽,与SCs特异作用)的互补密度梯度表面,KHI的密度从0mm处的“0”线性增加到5mm处的797ng/cm2,而PDMAPS则从555 ng/cm2降低到160 ng/cm2。SCs沿着KHI密度升高(PDMAPS密度降低)的方向定向迁移,迁移速率较在未处理的玻片表面翻倍,12 h净迁移距离增加到原来的3倍。FIBs在互补梯度表面的迁移速率仅为其在玻片表面的60%,且没有表现出明显的方向性。综合两者,SCs在互补梯度表面迁移能力优于FIBs。基底表面KHIFSDDSSEK(模拟NCAM的胞外片段)与SCs表面的NCAM具有特异性相互作用：PDMAPS则降低了细胞与表面的非特异性作用,两种因素的协同作用为SCs迁移提供了适当的牵引力,从而特异性地促进其迁移。本文成功通过SI-ATRP制备了结构可控的二维梯度材料,运用阻粘聚合物的梯度提高了细胞迁移的速率和方向性；运用功能多肽特异性地促进目标细胞的迁移。在国际上较先利用前述两者互补梯度的协同作用使得目标细胞迁移的方向性和速度同时提高,为设计更复杂的功能化生物材料提供了新的思路。