细胞受到外界应力刺激时,细胞膜张力发生改变,应力信号可沿细胞膜-细胞骨架-局部黏着斑这一功能复合体传递到远端,转化为局部蛋白活性变化的生化信号,调控细胞极性改变与细胞迁移等功能。在此过程中,细胞骨架的排列与局部黏着斑的分布模式可能是极性变化产生的结构基础。牵拉细胞基底层时,应力信号同样可以沿着该复合体传递,引起细胞膜张力的变化。由于目前缺少人为改变细胞骨架的排列与局部黏着斑分布的工具,尚不清楚其调控细胞膜张力的模式与机制。本课题基于微图案技术,设计并制备了特定形状的聚二甲基硅氧烷图章,培养图案化的细胞以人为改变细胞骨架微丝的排列方式,剪切图案区域以改变局部黏着斑蛋白的分布。使用基于荧光共振能量转移技术所构建的细胞膜张力探针动态监测膜张力的实时变化,通过Matlab编程分析计算细胞图像荧光能量转移效率的变化,检测粘附区域与非粘附区域膜张力变化的异同,并使用药物破坏细胞骨架微丝的结构与功能,探究细胞骨架微丝与膜张力变化的关系。结果显示,使用微图案培养的细胞形状与预期吻合,细胞骨架微丝的排列与局部黏着斑的分布也发生了明显改变;细胞在非黏附区无局部黏着斑生长,但聚集了更多的细胞骨架微丝;静态条件下粘附区域与非粘附区域的膜张力并无差异,而施加高渗刺激时,图案化细胞膜张力变化更均匀,细胞骨架微丝密集区表现出更缓慢的膜张力变化,但两个区域的张力最终趋于相同;细胞骨架微丝的结构被破坏时,粘附区域比非粘附区膜张力变化更小,且较长时间内这种差异仍然持续。本课题研究表明,借助微图案这一工具能够人为控制细胞的形状,改变细胞骨架微丝的排列方式与局部黏着斑的分布。静态条件下细胞骨架微丝的排列与局部黏着斑的分布并不影响膜张力的大小,但受到刺激时,细胞骨架微丝的排列方式直接影响膜张力的变化模式,细胞骨架微丝的密集程度减少了膜张力的变化幅度,而局部黏着斑的缺失加剧了膜张力的变化幅度。本课题为深入研究细胞形状与功能提供了一种有效的工具,也为人为调控细胞的功能变化提供了一种新的思路。