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众所周知,细胞所生活的三维胞外基质对细胞的行为和功能有重要的影响。已有许多研究报道,细胞在基质上粘附生长时,能够感知和理解表面结构,而表面结构是能强烈影响细胞行为的重要间接信号,例如粘附、极性、增殖和分化。虽然对细胞生长行为与纳米材料之间关系的研究有很多,但由于目前纳米结构加工技术的限制,仍难以独立控制纳米材料的单个参数。研究细胞行为与纳米材料之间的关系是为了通过对纳米材料表面参数的精确调控来精确地控制细胞的生长。因此,需要找到一种能够独立控制纳米材料表面结构参数的良好模型材料,系统地探究单个纳米结构参数对细胞生长行为的影响。本文首先探索了高强度阳极氧化（hard anodization,HA）过程中纳米阳极氧化铝（anodic aluminium oxide,AAO）的自组织过程,从而得到不同周期氧化铝的可控制备。通过调节阳极氧化条件制备不同结构的AAO,研究阳极氧化铝纳米孔的结构参数（周期、孔径、孔隙率、高度）对乳腺癌细胞生长的规律性影响。并利用AAO表面丰富的羟基和当归多糖（Angelica sinensis polysaccharide,ASP）连接修饰纳米结构表面,研究ASP协同纳米结构AAO对乳腺癌细胞生长行为的规律性影响。在此基础之上,将细胞培养和电化学阳极氧化相结合,利用细胞脱水收缩而造成的阳极氧化区域的差异,制备微纳复合渐变阶梯结构（gradient hierarchical micro-nano structure,GHMNS）。具体研究内容如下:1.高强度氧化过程中AAO的自组装过程通过对阳极氧化铝膜的纳米柱孔形态、电流密度和阻挡层演变的综合研究,提出了高强度阳极氧化（HA）过程中纳米结构AAO的自组织过程。AAO薄膜在0.3 M草酸中以150 V（开始时电压从40 V上升到150 V）进行阳极氧化。在电压上升阶段,足够高的电流密度诱导薄膜快速生长,从而导致孔隙迅速扩大并达到相对有序的重排。阻挡层厚度在电压上升阶段呈线性增加,在随后的恒定阳极氧化阶段以减速的速度增加,其中具有生长优势的孔直线向下移动,并逐渐扩大其大小,以取代周围的劣质孔,最终形成高度有序的排列。因此,HA是一个不平衡的过程,可分为两个阶段:I,在升压阶段快速扩孔和重排,其中氧化速率大于溶解速率;Ⅱ,在随后的恒压阳极氧化过程中,纳米孔竞争性生长,由于阻挡层增厚,氧化和溶解速度彼此接近。2.AAO单一纳米结构参数对细胞生长行为的规律性影响研究了纳米结构周期、孔隙度、孔径和高度等可控单因素对乳腺癌细胞行为的影响,尤其是对细胞极性和细胞活性的影响。通过调节电解液的成分、电压以及氧化时间,得到具有不同周期、孔径和高度的纳米氧化铝膜,与乳腺癌细胞MDA-MB-231细胞共培养。扫描电子显微镜和细胞骨架荧光染色观察细胞形态变化并进行统计;MTT法检测细胞活性。研究结果发现,周期和细胞接触面积（即孔隙率）对细胞极性、伪足和细胞活性有明显影响。随着纳米结构周期的增加,丝状伪足变粗,多极性细胞的百分率和细胞活性降低。随着孔隙率的增加,细胞接触面积减小,双极性细胞百分比和细胞活性增加,细胞伪足形态同时存在板状伪足和丝状伪足。然而,随着孔隙率的进一步增加,直到纳米孔壁破裂形成纳米针锥,细胞大部分为非极性球体,细胞活性下降。而纳米结构的高度对细胞的行为影响不大。3.当归多糖（ASP）修饰AAO界面对细胞生长的规律性影响通过当归多糖修饰纳米氧化铝膜,探究不同氧化铝膜表面化学参数协同纳米结构对乳腺癌细胞生长行为的规律性影响。将不同周期的纳米凹坑和纳米柱孔氧化铝膜表面直接修饰当归多糖（ASP）,并进一步通过KH550共价连接修饰ASP,对纳米凹坑、柱孔结构和不同高度纳米针锥氧化铝膜表面改性,观察探究纳米结构氧化铝膜表面化学特性协同纳米结构对MDA-MB-231细胞形态和活性的规律性影响。结果表明,当归多糖修饰纳米凹坑基底表面能够抑制乳腺癌细胞的活性,且随着周期和培养时间的增加,肿瘤细胞活性降低。KH550连接修饰ASP较为稳定,能够更为有效的抑制细胞活性,但对细胞极性改变不明显。ASP协同纳米柱孔结构,对细胞活性的抑制和纳米凹坑基底类似,共价连接ASP后的纳米结构表面周期的改变对细胞活性的差异很小。4.细胞培养辅助电化学氧化制备梯度渐变微纳复合结构将细胞培养及其脱水过程与电化学氧化相结合,制备微纳复合渐变阶梯氧化铝膜,并以此为模板,通过热聚合法制备了聚合物微纳复合渐变阶梯结构（GHMNS）。系统研究了细胞培养密度、细胞培养时间和细胞脱水温度对GHMNS AAO形态的影响。细胞接种密度和培养时间影响微纳阶梯的分布密度,微米阶梯的形态受细胞脱水收缩成程度影响,而细胞脱水程度受细胞脱水温度影响。此外,以所制备的AAO为模板,通过热聚合法制备了聚合物GHMNS,表明GHMNS AAO可以成为各种材料结构制备发展高级功能的广阔平台。该方法不需要大型昂贵的仪器,可以以低成本实现大规模制备。