從二維到三維：智能生物材料設(shè)計及其細(xì)胞動態(tài)調(diào)控應(yīng)用新探一、引言1.1研究背景與意義在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，對細(xì)胞行為的精確調(diào)控一直是研究的核心目標(biāo)之一。細(xì)胞動態(tài)調(diào)控涵蓋了細(xì)胞的增殖、分化、遷移、凋亡等一系列關(guān)鍵過程，這些過程的異常與眾多疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。智能生物材料作為一類能夠感知外界環(huán)境變化，并相應(yīng)地改變自身物理、化學(xué)或生物學(xué)性質(zhì)的新型材料，為細(xì)胞動態(tài)調(diào)控提供了前所未有的機遇。智能生物材料的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)生物材料功能單一、響應(yīng)性差的局限。其獨特的環(huán)境響應(yīng)特性，使得材料能夠根據(jù)細(xì)胞微環(huán)境中的物理信號（如溫度、應(yīng)力、電場、磁場等）、化學(xué)信號（如pH值、離子濃度、生物分子濃度等）以及生物信號（如酶、細(xì)胞因子等）的變化，自動調(diào)整自身的結(jié)構(gòu)和性能，從而實現(xiàn)對細(xì)胞行為的精準(zhǔn)調(diào)控。這種精準(zhǔn)調(diào)控能力對于深入理解細(xì)胞生物學(xué)機制、開發(fā)新型疾病治療策略以及推動再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展具有重要意義。二維智能生物材料具有獨特的平面結(jié)構(gòu)和高比表面積，使其在細(xì)胞-材料界面相互作用方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。例如，石墨烯作為一種典型的二維材料，具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性能，其表面的原子級平整度和高電子遷移率，能夠為細(xì)胞提供獨特的生長微環(huán)境，影響細(xì)胞的黏附、鋪展和分化行為。過渡金屬二硫化物（如MoS?、WS?等）也具有類似的二維結(jié)構(gòu)，其豐富的表面活性位點和可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu)，使其在生物傳感、藥物遞送和細(xì)胞成像等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。通過對二維智能生物材料的表面進(jìn)行功能化修飾，可以引入各種生物活性分子，如蛋白質(zhì)、核酸、多肽等，進(jìn)一步增強材料對細(xì)胞行為的調(diào)控能力。三維智能生物材料則能夠更好地模擬細(xì)胞外基質(zhì)的三維空間結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能，為細(xì)胞提供更加接近生理狀態(tài)的生長環(huán)境。水凝膠是一類常見的三維智能生物材料，其具有高度的親水性和多孔結(jié)構(gòu)，能夠容納大量的水分和生物分子，為細(xì)胞的生長、增殖和代謝提供必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過在水凝膠中引入溫度、pH值、光等響應(yīng)性基團(tuán)，可以實現(xiàn)水凝膠在外界刺激下的溶膠-凝膠轉(zhuǎn)變、溶脹-收縮等行為變化，從而動態(tài)調(diào)控細(xì)胞的微環(huán)境。此外，基于3D打印技術(shù)的三維智能生物材料制備方法，能夠精確控制材料的三維結(jié)構(gòu)和組成，實現(xiàn)對細(xì)胞生長空間和營養(yǎng)物質(zhì)傳遞的精準(zhǔn)調(diào)控，為組織工程和再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支持。二維和三維智能生物材料的設(shè)計與應(yīng)用，為細(xì)胞動態(tài)調(diào)控提供了全新的策略和方法，有望在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得突破性的進(jìn)展。通過深入研究二維和三維智能生物材料與細(xì)胞的相互作用機制，開發(fā)出具有更高性能和特異性的智能生物材料，將為解決生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的諸多難題提供新的思路和解決方案，推動生物醫(yī)學(xué)科學(xué)的快速發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在二維智能生物材料的設(shè)計與細(xì)胞動態(tài)調(diào)控應(yīng)用方面，國內(nèi)外研究取得了豐富成果。國外諸多研究聚焦于石墨烯及過渡金屬二硫化物等材料。例如，美國的科研團(tuán)隊深入探究了石墨烯與細(xì)胞的相互作用機制，發(fā)現(xiàn)石墨烯獨特的電學(xué)和力學(xué)性能可顯著影響細(xì)胞的黏附與鋪展行為。通過表面修飾特定的生物分子，石墨烯能夠?qū)崿F(xiàn)對細(xì)胞生長方向的精準(zhǔn)引導(dǎo)，在神經(jīng)細(xì)胞的定向分化研究中，修飾后的石墨烯為神經(jīng)細(xì)胞提供了良好的生長微環(huán)境，促進(jìn)了神經(jīng)細(xì)胞軸突的延伸和分化，為神經(jīng)組織工程的發(fā)展提供了新的思路。在國內(nèi)，中國科學(xué)院的研究人員對二維黑磷材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究，揭示了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的巨大潛力。黑磷具有獨特的光電子特性和良好的生物相容性，在細(xì)胞成像和藥物遞送方面展現(xiàn)出卓越性能。研究表明，黑磷納米片能夠高效負(fù)載抗癌藥物，并在近紅外光的照射下實現(xiàn)藥物的可控釋放，顯著提高了藥物的治療效果，同時降低了對正常細(xì)胞的毒副作用，為癌癥的精準(zhǔn)治療提供了新的策略。三維智能生物材料領(lǐng)域，國外對水凝膠材料的研究成果頗豐。歐洲的科研小組開發(fā)了一種基于溫度和pH雙重響應(yīng)的水凝膠，該水凝膠能夠在不同的生理環(huán)境下發(fā)生溶脹和收縮變化，有效調(diào)控細(xì)胞微環(huán)境中的營養(yǎng)物質(zhì)和信號分子的傳遞，在組織工程和藥物緩釋領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。國內(nèi)在三維智能生物材料的研究也毫不遜色。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊利用3D打印技術(shù)制備了具有仿生結(jié)構(gòu)的智能水凝膠支架，該支架不僅能夠精確模擬細(xì)胞外基質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)，還能通過引入光響應(yīng)基團(tuán)，實現(xiàn)對細(xì)胞生長和分化的動態(tài)調(diào)控。在骨組織工程中，這種仿生支架能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化，加速骨缺損的修復(fù)，為骨再生醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供了強有力的技術(shù)支持。當(dāng)前研究熱點主要集中在開發(fā)新型智能生物材料，以及深入探究材料與細(xì)胞之間的相互作用機制。通過引入新的功能基團(tuán)和制備技術(shù)，不斷拓展智能生物材料的性能和應(yīng)用范圍。然而，目前的研究仍存在一些不足之處。部分智能生物材料的生物相容性和長期穩(wěn)定性有待提高，在體內(nèi)應(yīng)用時可能引發(fā)免疫反應(yīng)或降解產(chǎn)物的積累，對機體造成潛在危害；材料的制備工藝復(fù)雜、成本高昂，限制了其大規(guī)模生產(chǎn)和臨床應(yīng)用；對材料在復(fù)雜生理環(huán)境下的響應(yīng)機制和長期效果的研究還不夠深入，難以實現(xiàn)對細(xì)胞行為的精確、長期調(diào)控。未來，需要進(jìn)一步加強多學(xué)科交叉融合，優(yōu)化材料設(shè)計和制備工藝，深入研究材料與細(xì)胞的相互作用機制，以推動二維和三維智能生物材料在細(xì)胞動態(tài)調(diào)控中的廣泛應(yīng)用。1.3研究內(nèi)容與方法本研究將圍繞二維和三維智能生物材料展開，深入探究其設(shè)計、制備以及在細(xì)胞動態(tài)調(diào)控中的應(yīng)用。研究內(nèi)容主要包括：剖析二維和三維智能生物材料的設(shè)計原理，從材料的分子結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成以及微觀形貌等層面入手，借助分子動力學(xué)模擬、量子力學(xué)計算等理論工具，揭示材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系，為材料的設(shè)計提供堅實的理論支撐。在制備方法研究方面，針對二維智能生物材料，探索化學(xué)氣相沉積（CVD）、機械剝離、液相剝離等制備技術(shù)。以石墨烯為例，通過優(yōu)化CVD工藝參數(shù)，如溫度、壓力、氣體流量等，實現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯薄膜的大面積生長，提高其在電子器件和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用性能。對于三維智能生物材料，重點研究3D打印、自組裝、靜電紡絲等制備方法。運用3D打印技術(shù)，精確控制水凝膠支架的三維結(jié)構(gòu)和孔隙率，為細(xì)胞提供適宜的生長微環(huán)境。在細(xì)胞動態(tài)調(diào)控作用研究中，系統(tǒng)研究智能生物材料對細(xì)胞增殖、分化、遷移等過程的影響。通過體外細(xì)胞實驗，觀察細(xì)胞在不同智能生物材料表面的生長行為，利用細(xì)胞計數(shù)、CCK-8法、EdU染色等技術(shù)檢測細(xì)胞增殖情況；采用免疫熒光染色、實時定量PCR等方法分析細(xì)胞分化相關(guān)基因和蛋白的表達(dá)；運用劃痕實驗、Transwell實驗等手段研究細(xì)胞的遷移能力。同時，借助體內(nèi)動物實驗，驗證智能生物材料在組織修復(fù)和再生中的實際效果，深入探究其作用機制。本研究采用的方法涵蓋實驗研究、理論分析和模擬計算。在實驗研究中，進(jìn)行材料的制備與性能表征，利用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、原子力顯微鏡（AFM）等觀察材料的微觀結(jié)構(gòu)；通過X射線衍射（XRD）、傅里葉變換紅外光譜（FTIR）等分析材料的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)；運用力學(xué)測試設(shè)備、熱分析儀器等測定材料的力學(xué)性能和熱性能。開展細(xì)胞實驗和動物實驗，嚴(yán)格遵循實驗操作規(guī)程，確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。理論分析方面，基于材料科學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等多學(xué)科理論，對實驗結(jié)果進(jìn)行深入分析和解釋。建立數(shù)學(xué)模型，描述智能生物材料與細(xì)胞之間的相互作用過程，推導(dǎo)相關(guān)參數(shù)之間的定量關(guān)系，為實驗研究提供理論指導(dǎo)。模擬計算則運用分子動力學(xué)模擬、有限元分析等方法，在原子和分子尺度上模擬智能生物材料的結(jié)構(gòu)和性能，預(yù)測材料在不同條件下的行為。通過模擬計算，優(yōu)化材料的設(shè)計方案，減少實驗次數(shù)，提高研究效率。二、二維智能生物材料的設(shè)計2.1設(shè)計原理與策略2.1.1基于材料特性的設(shè)計二維材料如石墨烯、過渡金屬硫化物等，以其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，在生物材料設(shè)計領(lǐng)域展現(xiàn)出無可比擬的優(yōu)勢。這些特性不僅為材料的功能化提供了基礎(chǔ)，也為細(xì)胞動態(tài)調(diào)控帶來了新的機遇。石墨烯作為一種典型的二維材料，由碳原子以六邊形晶格緊密排列而成，形成了單原子厚度的平面結(jié)構(gòu)。這種獨特的結(jié)構(gòu)賦予了石墨烯諸多優(yōu)異的性能。其高比表面積特性，使得石墨烯能夠提供大量的活性位點，有利于生物分子的吸附和固定。研究表明，在生物傳感器的設(shè)計中，石墨烯修飾的電極能夠顯著提高對生物分子的檢測靈敏度。這是因為高比表面積增加了生物分子與電極表面的接觸機會，促進(jìn)了電子傳遞過程，從而實現(xiàn)了對生物分子的快速、準(zhǔn)確檢測。可調(diào)節(jié)的電子結(jié)構(gòu)是石墨烯的另一大特性。通過化學(xué)摻雜或與其他材料復(fù)合，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)能夠被精確調(diào)控，進(jìn)而改變其電學(xué)性能。在細(xì)胞電刺激實驗中，利用石墨烯的這一特性，研究人員成功實現(xiàn)了對細(xì)胞行為的電學(xué)調(diào)控。當(dāng)施加特定的電場時，石墨烯能夠?qū)㈦妶鲂盘杺鬟f給細(xì)胞，影響細(xì)胞的代謝、增殖和分化等過程。這種基于石墨烯電子結(jié)構(gòu)調(diào)控的細(xì)胞電刺激技術(shù)，為組織工程和再生醫(yī)學(xué)提供了新的治療手段。過渡金屬硫化物（TMDs），如MoS?、WS?等，同樣具有獨特的二維結(jié)構(gòu)和豐富的物理化學(xué)性質(zhì)。在MoS?的晶體結(jié)構(gòu)中，鉬原子層被兩層硫原子層夾在中間，通過弱范德華力相互作用形成層狀結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)賦予了MoS?良好的機械柔韌性和化學(xué)穩(wěn)定性，使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。TMDs具有強烈的熒光特性，這使得它們在細(xì)胞成像領(lǐng)域備受關(guān)注。通過將TMDs納米片標(biāo)記到細(xì)胞表面或內(nèi)部，利用其熒光信號可以實現(xiàn)對細(xì)胞的實時監(jiān)測和追蹤。在癌癥研究中，研究人員利用MoS?的熒光特性，成功實現(xiàn)了對癌細(xì)胞的成像和定位，為癌癥的早期診斷和治療提供了有力的技術(shù)支持。此外，TMDs的半導(dǎo)體特性使其在生物電子學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力。通過構(gòu)建基于TMDs的場效應(yīng)晶體管（FET），可以實現(xiàn)對生物分子的高靈敏度檢測。在生物傳感器的設(shè)計中，將生物識別分子修飾在TMDs-FET的表面，當(dāng)目標(biāo)生物分子與識別分子結(jié)合時，會引起TMDs電學(xué)性能的變化，從而實現(xiàn)對生物分子的檢測。這種基于TMDs半導(dǎo)體特性的生物傳感器，具有檢測速度快、靈敏度高、選擇性好等優(yōu)點，為生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。2.1.2表面修飾與功能化表面修飾與功能化是提升二維智能生物材料與細(xì)胞相互作用的關(guān)鍵策略，通過引入特定官能團(tuán)或生物活性分子，材料表面得以功能化，進(jìn)而顯著增強其與細(xì)胞的相互作用，實現(xiàn)對細(xì)胞行為的精準(zhǔn)調(diào)控?；瘜W(xué)修飾是實現(xiàn)表面功能化的重要手段之一。以氧化石墨烯（GO）為例，其表面富含羥基、羧基等含氧官能團(tuán)，這些官能團(tuán)為化學(xué)修飾提供了豐富的活性位點。通過酯化反應(yīng)、酰胺化反應(yīng)等化學(xué)方法，可以將生物活性分子如蛋白質(zhì)、核酸、多肽等共價連接到GO表面。在藥物遞送領(lǐng)域，研究人員將抗癌藥物通過共價鍵連接到GO表面的羧基上，構(gòu)建了具有靶向遞送功能的納米藥物載體。這種修飾后的GO不僅能夠高效負(fù)載藥物，還可以通過表面修飾的靶向分子實現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞的特異性識別和富集，提高藥物的治療效果，同時降低對正常細(xì)胞的毒副作用。非共價修飾也是常用的表面功能化方法，其中π-π堆積作用、氫鍵作用和靜電相互作用等發(fā)揮著重要作用。石墨烯具有高度共軛的π電子結(jié)構(gòu)，能夠與含有π電子的分子通過π-π堆積作用相互結(jié)合。利用這一特性，研究人員將具有熒光特性的有機分子通過π-π堆積作用吸附到石墨烯表面，制備了具有熒光標(biāo)記功能的石墨烯復(fù)合材料。在細(xì)胞成像實驗中，這種復(fù)合材料能夠高效地進(jìn)入細(xì)胞，并通過熒光信號實現(xiàn)對細(xì)胞的成像和追蹤，為細(xì)胞生物學(xué)研究提供了有力的工具。此外，通過調(diào)控材料表面的電荷密度和分布，可以改變材料與細(xì)胞之間的靜電相互作用。在組織工程中，將帶正電荷的聚賴氨酸修飾到二維材料表面，能夠增強材料與帶負(fù)電荷的細(xì)胞表面之間的靜電吸引作用，促進(jìn)細(xì)胞的黏附和鋪展。這種通過表面電荷調(diào)控實現(xiàn)的細(xì)胞黏附增強，為構(gòu)建具有良好細(xì)胞相容性的組織工程支架提供了新的策略。2.2制備方法與技術(shù)2.2.1化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積（CVD）是一種在高溫和氣相反應(yīng)條件下，將氣態(tài)前驅(qū)物分解并在襯底表面沉積形成二維材料薄膜的制備方法。以制備石墨烯為例，在CVD過程中，通常使用甲烷（CH?）等碳源氣體，在高溫（如1000℃左右）和金屬催化劑（如銅、鎳等）的作用下，甲烷分解產(chǎn)生碳原子，這些碳原子在金屬襯底表面擴散、吸附并逐漸沉積，最終形成石墨烯薄膜。CVD法具有諸多顯著優(yōu)點。其可控性極高，通過精確調(diào)控反應(yīng)溫度、壓力、氣體流量以及反應(yīng)時間等參數(shù)，能夠精準(zhǔn)控制二維材料的生長層數(shù)、質(zhì)量和尺寸，滿足不同應(yīng)用場景對材料性能的嚴(yán)格要求。在制備高質(zhì)量的石墨烯用于電子器件時，可以通過優(yōu)化CVD工藝參數(shù)，獲得大面積、少缺陷的石墨烯薄膜，提高器件的電學(xué)性能和穩(wěn)定性。此外，CVD法能夠?qū)崿F(xiàn)二維材料的大面積生長，這對于其在實際工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用至關(guān)重要。通過合理設(shè)計反應(yīng)裝置和工藝，可在較大尺寸的襯底上生長出均勻的二維材料薄膜，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。然而，CVD法也存在一些不足之處。生長過程通常需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行，這不僅對設(shè)備的耐高溫性能提出了較高要求，增加了設(shè)備成本，還可能導(dǎo)致襯底材料的熱膨脹和變形，影響二維材料與襯底之間的結(jié)合質(zhì)量。此外，CVD法使用的金屬催化劑在制備過程中可能會引入雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會影響二維材料的電學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，需要通過后續(xù)的清洗和處理步驟去除，增加了制備工藝的復(fù)雜性和成本。CVD法適用于對材料質(zhì)量和尺寸要求較高、需要大面積生長二維材料的應(yīng)用領(lǐng)域，如電子器件制造、柔性顯示、傳感器等。在電子器件領(lǐng)域，利用CVD法制備的高質(zhì)量石墨烯薄膜可用于制造高性能的場效應(yīng)晶體管、集成電路等，提高器件的運行速度和降低功耗；在柔性顯示領(lǐng)域，大面積的二維材料薄膜可作為透明導(dǎo)電電極，實現(xiàn)柔性顯示器件的輕薄化和可彎曲性。2.2.2機械剝離機械剝離法是一種通過物理外力將二維材料從體相物質(zhì)中逐層剝離的制備方法。常見的操作方式包括利用原子力顯微鏡（AFM）的探針在二維材料表面施加精確的力，實現(xiàn)原子級別的剝離；使用微機械裝置，如微刀或微剪刀，在二維材料表面進(jìn)行機械切割和剝離；以及采用膠帶剝離法，將膠帶粘貼在二維材料表面，通過反復(fù)粘貼和剝離的方式，獲取單層或少層二維材料。該方法的突出優(yōu)點是簡單易行，不需要復(fù)雜的設(shè)備和高昂的成本投入，普通實驗室即可開展相關(guān)實驗。同時，機械剝離法能夠制備出高質(zhì)量的二維材料，所獲得的材料具有較少的缺陷和較高的晶體完整性，這對于研究二維材料的本征物理性質(zhì)和基礎(chǔ)科學(xué)研究具有重要意義。在對石墨烯的本征電學(xué)性質(zhì)研究中，通過機械剝離法制備的高質(zhì)量石墨烯樣品，能夠準(zhǔn)確測量其電子遷移率等關(guān)鍵參數(shù)，為理論研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持。但機械剝離法也存在明顯的局限性。其產(chǎn)量極低，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)的需求，這限制了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。由于剝離過程主要依賴人工操作，對操作人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗要求較高，不同操作人員或同一操作人員在不同時間制備的二維材料質(zhì)量可能存在較大差異，導(dǎo)致制備的材料質(zhì)量一致性較差。機械剝離法主要適用于對材料質(zhì)量要求極高、需要進(jìn)行基礎(chǔ)研究和小批量制備二維材料的場景。在二維材料的基礎(chǔ)研究中，科學(xué)家們利用機械剝離法制備高質(zhì)量的樣品，深入研究其電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等本征性質(zhì)，為材料的應(yīng)用開發(fā)提供理論基礎(chǔ)；在一些高端電子器件的研發(fā)中，如量子比特、單分子探測器等，對材料質(zhì)量要求苛刻，機械剝離法制備的小批量高質(zhì)量材料能夠滿足其研發(fā)需求。2.2.3液相剝離液相剝離法是在特定溶劑中，借助超聲波或剪切力等外力作用，將二維材料從體相材料中剝離成單層或少層薄片的制備方法。在實際操作中，通常將體相二維材料加入到合適的溶劑中，如N-甲基吡咯烷酮（NMP）、二甲基甲酰胺（DMF）等，然后利用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生高強度的超聲波，使溶液中的體相材料受到高頻振動和沖擊，從而實現(xiàn)層間的分離；或者通過高速攪拌等方式產(chǎn)生強大的剪切力，將二維材料逐層剝離。液相剝離法具有操作簡便、成本低廉的顯著優(yōu)勢，不需要復(fù)雜的設(shè)備和特殊的工藝條件，適合大規(guī)模制備二維材料。通過選擇合適的溶劑和優(yōu)化剝離條件，可以有效地控制二維材料的尺寸和層數(shù)，滿足不同應(yīng)用對材料結(jié)構(gòu)的要求。在制備二維過渡金屬硫化物用于儲能領(lǐng)域時，通過調(diào)節(jié)溶劑種類和超聲時間，可以獲得不同層數(shù)和尺寸的納米片，優(yōu)化材料的儲能性能。然而，液相剝離法也存在一些缺點。由于剝離過程中使用的溶劑和表面活性劑等可能會殘留在二維材料表面，難以完全去除，這些殘留雜質(zhì)會影響材料的電學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，對材料在某些高精度應(yīng)用中的性能產(chǎn)生不利影響。此外，液相剝離法的剝離效率相對較低，需要較長的時間和較高的能量輸入來實現(xiàn)大量二維材料的剝離，這在一定程度上限制了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的效率。液相剝離法適用于對材料成本和制備規(guī)模要求較高、對材料純度要求相對較低的應(yīng)用領(lǐng)域，如復(fù)合材料制備、催化、能量存儲等。在復(fù)合材料制備中，將通過液相剝離法制備的二維材料添加到聚合物基體中，能夠顯著提高復(fù)合材料的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能；在催化領(lǐng)域，液相剝離法制備的二維材料具有高比表面積和豐富的活性位點，可作為高效的催化劑載體，提高催化反應(yīng)的效率和選擇性。2.3典型二維智能生物材料案例分析2.3.1石墨烯基生物材料石墨烯基生物材料以其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的生物相容性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景，尤其是在生物傳感和藥物遞送等關(guān)鍵領(lǐng)域，為細(xì)胞動態(tài)調(diào)控提供了創(chuàng)新的解決方案。在生物傳感領(lǐng)域，石墨烯納米片憑借其超高的比表面積和卓越的電學(xué)性能，成為構(gòu)建高靈敏度生物傳感器的理想材料。研究表明，將石墨烯納米片修飾在電極表面，能夠顯著提高傳感器對生物分子的檢測靈敏度和選擇性。這是因為石墨烯的高比表面積提供了大量的活性位點，有利于生物分子的吸附和固定，增強了生物分子與電極之間的電子傳遞效率。在檢測腫瘤標(biāo)志物時，基于石墨烯納米片的生物傳感器能夠快速、準(zhǔn)確地識別和檢測目標(biāo)分子，實現(xiàn)對腫瘤的早期診斷。其檢測原理是利用石墨烯與腫瘤標(biāo)志物之間的特異性相互作用，當(dāng)腫瘤標(biāo)志物與石墨烯表面的識別分子結(jié)合時，會引起石墨烯電學(xué)性能的變化，通過檢測這種電學(xué)變化，即可實現(xiàn)對腫瘤標(biāo)志物的定量分析。這種基于石墨烯納米片的生物傳感器具有檢測速度快、靈敏度高、成本低等優(yōu)點，為臨床診斷提供了一種高效、便捷的檢測手段。在藥物遞送方面，石墨烯基材料同樣表現(xiàn)出卓越的性能。其較大的比表面積使其能夠高效負(fù)載各類藥物分子，通過表面修飾特定的靶向基團(tuán)，如抗體、多肽等，石墨烯基材料可以實現(xiàn)對特定細(xì)胞或組織的靶向遞送，提高藥物的治療效果。在癌癥治療中，將抗癌藥物負(fù)載到石墨烯納米片上，并修飾上針對腫瘤細(xì)胞表面抗原的抗體，這種靶向藥物遞送系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)地將藥物輸送到腫瘤細(xì)胞，實現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞的特異性殺傷，同時減少對正常細(xì)胞的毒副作用。此外，石墨烯基材料還具有良好的生物相容性和低免疫原性，能夠在體內(nèi)穩(wěn)定存在，確保藥物的有效遞送和釋放。通過調(diào)節(jié)石墨烯的表面性質(zhì)和藥物負(fù)載方式，可以實現(xiàn)藥物的可控釋放，延長藥物的作用時間，提高治療效果。石墨烯基生物材料在細(xì)胞動態(tài)調(diào)控中發(fā)揮著重要作用，其優(yōu)異的導(dǎo)電性和生物相容性為細(xì)胞的生長、增殖和分化提供了良好的微環(huán)境。在神經(jīng)細(xì)胞培養(yǎng)中，石墨烯修飾的基底能夠促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的黏附、鋪展和分化，增強神經(jīng)細(xì)胞之間的電信號傳遞，促進(jìn)神經(jīng)突起的生長和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成。這是因為石墨烯的導(dǎo)電性能夠模擬神經(jīng)細(xì)胞外基質(zhì)的電學(xué)特性，為神經(jīng)細(xì)胞提供適宜的電刺激，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育和功能成熟。同時，石墨烯的生物相容性確保了其不會對神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用，有利于神經(jīng)細(xì)胞的長期培養(yǎng)和研究。在組織工程中，石墨烯基復(fù)合材料可以作為細(xì)胞支架，為細(xì)胞提供三維生長環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞的增殖和組織的修復(fù)。通過將石墨烯與生物可降解聚合物復(fù)合，可以制備出具有良好力學(xué)性能和生物相容性的細(xì)胞支架，在骨組織工程中，這種支架能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化，加速骨缺損的修復(fù)，為組織再生提供了新的策略。2.3.2過渡金屬硫化物二維材料過渡金屬硫化物二維材料以其獨特的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，特別是在生物成像和細(xì)胞信號通路調(diào)控方面，為細(xì)胞動態(tài)調(diào)控研究提供了新的視角和方法。以二硫化鉬（MoS?）為例，其在生物成像領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢。MoS?納米片具有強烈的熒光特性，在可見光和近紅外光區(qū)域表現(xiàn)出獨特的光吸收和發(fā)射性能，這使得它能夠作為熒光探針用于細(xì)胞和活體生物體成像。在細(xì)胞成像實驗中，研究人員將MoS?納米片標(biāo)記到細(xì)胞表面或內(nèi)部，利用其熒光信號實現(xiàn)對細(xì)胞的實時監(jiān)測和追蹤。通過熒光顯微鏡觀察，能夠清晰地看到MoS?納米片在細(xì)胞內(nèi)的分布和運動情況，為研究細(xì)胞的生理過程和病理變化提供了直觀的手段。在癌癥研究中，MoS?納米片可以特異性地標(biāo)記癌細(xì)胞，通過熒光成像技術(shù)實現(xiàn)對癌細(xì)胞的精確定位和成像，有助于癌癥的早期診斷和治療監(jiān)測。此外，MoS?的熒光特性還可以與其他成像技術(shù)相結(jié)合，如光聲成像、磁共振成像等，實現(xiàn)多模態(tài)成像，為疾病的診斷提供更全面、準(zhǔn)確的信息。在細(xì)胞信號通路調(diào)控方面，MoS?的獨特性質(zhì)也發(fā)揮著重要作用。其具有豐富的表面活性位點和可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu)，能夠與細(xì)胞表面的受體和信號分子相互作用，從而影響細(xì)胞的信號傳導(dǎo)過程。研究發(fā)現(xiàn)，MoS?納米片可以通過與細(xì)胞表面的生長因子受體結(jié)合，激活下游的信號通路，促進(jìn)細(xì)胞的增殖和分化。在神經(jīng)細(xì)胞的研究中，MoS?納米片能夠調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的分化相關(guān)信號通路，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元的分化，為神經(jīng)再生和修復(fù)提供了新的策略。此外，MoS?還可以通過影響細(xì)胞內(nèi)的離子通道和膜電位，調(diào)節(jié)細(xì)胞的興奮性和功能狀態(tài)。在心肌細(xì)胞中，MoS?納米片能夠調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞的離子通道活性，改善心肌細(xì)胞的電生理特性，對心臟疾病的治療具有潛在的應(yīng)用價值。MoS?的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)對細(xì)胞行為產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。其光學(xué)性質(zhì)使其能夠作為生物成像探針，實現(xiàn)對細(xì)胞的可視化監(jiān)測，為研究細(xì)胞的生理和病理過程提供了重要工具。而其電學(xué)性質(zhì)則使其能夠參與細(xì)胞的信號傳導(dǎo)過程，調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、分化、遷移等行為，為細(xì)胞動態(tài)調(diào)控提供了新的途徑。通過深入研究MoS?與細(xì)胞的相互作用機制，可以進(jìn)一步開發(fā)其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，為疾病的診斷和治療提供更加有效的手段。三、三維智能生物材料的設(shè)計3.1設(shè)計理念與原則三維智能生物材料的設(shè)計核心在于模擬細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的結(jié)構(gòu)與功能，為細(xì)胞提供一個高度仿生的三維生長環(huán)境，以實現(xiàn)對細(xì)胞行為的精準(zhǔn)調(diào)控。細(xì)胞外基質(zhì)是細(xì)胞生存的重要微環(huán)境，它不僅為細(xì)胞提供物理支撐，還參與細(xì)胞的增殖、分化、遷移等多種生理過程。因此，三維智能生物材料的設(shè)計需要充分考慮材料的生物相容性、力學(xué)性能、降解性等關(guān)鍵因素，以確保其能夠有效地模擬細(xì)胞外基質(zhì)的功能。生物相容性是三維智能生物材料設(shè)計的首要考慮因素。理想的生物材料應(yīng)與細(xì)胞和組織具有良好的相容性，不會引發(fā)免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)或細(xì)胞毒性。材料的表面性質(zhì)，如化學(xué)組成、粗糙度、電荷分布等，對其生物相容性有著重要影響。通過表面修飾技術(shù)，如接枝生物活性分子、構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)等，可以改善材料的表面性能，增強其與細(xì)胞的親和力。在材料表面接枝膠原蛋白、纖連蛋白等細(xì)胞黏附分子，能夠促進(jìn)細(xì)胞的黏附和鋪展，為細(xì)胞的生長提供良好的基礎(chǔ)。力學(xué)性能是三維智能生物材料設(shè)計的關(guān)鍵因素之一。細(xì)胞在體內(nèi)受到各種力學(xué)刺激，如拉伸、壓縮、剪切等，這些力學(xué)信號對細(xì)胞的行為有著重要的調(diào)節(jié)作用。因此，三維智能生物材料的力學(xué)性能應(yīng)與目標(biāo)組織相匹配，能夠為細(xì)胞提供適宜的力學(xué)微環(huán)境。對于骨組織工程應(yīng)用，材料需要具備足夠的強度和剛度，以承受骨骼的負(fù)荷；而對于軟組織工程應(yīng)用，材料則需要具有良好的柔韌性和彈性，以適應(yīng)軟組織的變形。通過調(diào)整材料的組成、結(jié)構(gòu)和制備工藝，可以有效地調(diào)控材料的力學(xué)性能。采用3D打印技術(shù)制備具有仿生結(jié)構(gòu)的支架，可以精確控制支架的孔隙率、孔徑大小和分布，從而優(yōu)化材料的力學(xué)性能和細(xì)胞相容性。降解性是三維智能生物材料設(shè)計的另一個重要考慮因素。在組織修復(fù)和再生過程中，生物材料需要逐漸降解，為新生組織的生長提供空間。同時，材料的降解產(chǎn)物應(yīng)無毒無害，不會對細(xì)胞和組織造成不良影響。材料的降解速率應(yīng)與組織修復(fù)的進(jìn)程相匹配，過快或過慢的降解都可能影響組織修復(fù)的效果。通過選擇合適的材料和調(diào)控材料的降解機制，可以實現(xiàn)對材料降解速率的精確控制。使用可生物降解的聚合物，如聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）等，通過改變聚合物的分子量、結(jié)晶度和共聚組成等參數(shù)，可以調(diào)節(jié)材料的降解速率。除了上述因素外，三維智能生物材料還應(yīng)具備良好的生物活性，能夠與細(xì)胞表面的受體和信號分子相互作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞的信號傳導(dǎo)通路，促進(jìn)細(xì)胞的增殖、分化和組織再生。在材料中引入生長因子、細(xì)胞因子等生物活性分子，或者構(gòu)建具有特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的表面，都可以增強材料的生物活性，實現(xiàn)對細(xì)胞行為的動態(tài)調(diào)控。3.2構(gòu)建技術(shù)與手段3D打印技術(shù)，又被稱作增材制造，是一種依據(jù)三維數(shù)字模型，通過逐層堆積材料來構(gòu)建三維物體的先進(jìn)制造技術(shù)。在制備三維智能生物材料時，3D打印技術(shù)展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢。它能夠精確控制材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀形狀，實現(xiàn)高度定制化的設(shè)計。通過計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件，可以根據(jù)不同的組織工程需求，設(shè)計出具有特定孔隙率、孔徑大小和分布的三維支架結(jié)構(gòu)。在骨組織工程中，利用3D打印技術(shù)可以制備出具有仿生骨小梁結(jié)構(gòu)的支架，其孔隙率和孔徑大小能夠精確模擬天然骨組織，為成骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化提供理想的微環(huán)境，促進(jìn)新骨組織的生長和修復(fù)。3D打印技術(shù)還可以實現(xiàn)多種材料的復(fù)合打印，將不同性能的材料組合在一起，賦予生物材料更加優(yōu)異的性能。將生物活性陶瓷與可生物降解聚合物進(jìn)行復(fù)合打印，制備出的復(fù)合材料既具有陶瓷的高強度和生物活性，又具備聚合物的柔韌性和可加工性，能夠更好地滿足骨組織工程對材料力學(xué)性能和生物活性的雙重要求。常見的3D打印技術(shù)包括熔融沉積成型（FDM）、光固化立體成型（SLA）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）等。FDM技術(shù)通過將熱熔性材料加熱融化，然后通過噴頭逐層擠出堆積，適用于制備各種聚合物基生物材料；SLA技術(shù)則利用紫外光照射光敏樹脂，使其逐層固化成型，具有高精度和高分辨率的特點，適合制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物材料；SLS技術(shù)通過激光燒結(jié)粉末材料，使其逐層融合成型，可用于制備金屬、陶瓷等生物材料。靜電紡絲技術(shù)是一種在強電場作用下，使聚合物溶液或熔體形成納米級纖維并沉積在接收裝置上，從而構(gòu)建三維材料結(jié)構(gòu)的技術(shù)。該技術(shù)能夠制備出直徑在納米級別的纖維，這些纖維具有極高的比表面積和良好的孔隙結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞的黏附、遷移和增殖提供了理想的微環(huán)境。在神經(jīng)組織工程中，靜電紡絲制備的納米纖維支架可以模擬神經(jīng)細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的生長和分化，引導(dǎo)神經(jīng)突起的延伸，有利于神經(jīng)組織的修復(fù)和再生。通過調(diào)節(jié)靜電紡絲的工藝參數(shù)，如電壓、流速、噴頭與接收器之間的距離等，可以精確控制纖維的直徑、取向和孔隙率等微觀結(jié)構(gòu)。增加電壓會使電場強度增大，導(dǎo)致纖維直徑減?。惶岣吡魉賱t會使纖維直徑增大。通過改變噴頭的運動方式或使用特殊的接收裝置，還可以制備出具有定向排列纖維的支架，這種支架在引導(dǎo)細(xì)胞定向生長和組織修復(fù)方面具有重要應(yīng)用價值。靜電紡絲技術(shù)可以與其他技術(shù)相結(jié)合，如與3D打印技術(shù)結(jié)合，制備出具有更加復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維智能生物材料。自組裝是指分子或納米粒子在沒有外界干預(yù)的情況下，通過非共價相互作用（如氫鍵、范德華力、靜電相互作用等）自發(fā)地形成有序結(jié)構(gòu)的過程。在三維智能生物材料的構(gòu)建中，自組裝技術(shù)具有獨特的優(yōu)勢，能夠制備出具有高度有序結(jié)構(gòu)和特殊功能的材料。通過設(shè)計具有特定分子結(jié)構(gòu)的兩親性分子，使其在水溶液中自組裝形成膠束、囊泡等納米結(jié)構(gòu)，這些納米結(jié)構(gòu)可以作為藥物載體、細(xì)胞培養(yǎng)支架等。兩親性分子的親水端和疏水端在水溶液中會自發(fā)地排列，形成穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部的疏水區(qū)域可以負(fù)載疏水性藥物，而外部的親水區(qū)域則使其具有良好的生物相容性，能夠在體內(nèi)穩(wěn)定存在并實現(xiàn)藥物的靶向遞送。自組裝技術(shù)還可以用于制備具有仿生結(jié)構(gòu)的生物材料。模仿天然生物膜的結(jié)構(gòu)，通過自組裝技術(shù)制備人工生物膜，這種人工生物膜具有與天然生物膜相似的組成和結(jié)構(gòu)，能夠模擬生物膜的物質(zhì)運輸、信號傳遞等功能，在生物傳感器、藥物篩選等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。此外，自組裝技術(shù)可以與其他技術(shù)協(xié)同作用，如與化學(xué)交聯(lián)技術(shù)結(jié)合，增強自組裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使其更適合實際應(yīng)用。3.3代表性三維智能生物材料實例研究3.3.1水凝膠類三維生物材料水凝膠類三維生物材料以其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)和優(yōu)異的生物相容性，在細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。其中，用于軟骨細(xì)胞三維培養(yǎng)的透明質(zhì)酸超分子水凝膠，因其能夠有效模擬細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，成為近年來研究的熱點。透明質(zhì)酸（HA）是一種廣泛存在于生物體中的天然多糖，具有良好的生物相容性、保濕性和生物活性。在軟骨組織中，透明質(zhì)酸是細(xì)胞外基質(zhì)的重要組成部分，對維持軟骨細(xì)胞的正常生理功能起著關(guān)鍵作用。將透明質(zhì)酸構(gòu)建成超分子水凝膠，不僅能夠保留其天然的生物特性，還能通過超分子相互作用賦予水凝膠獨特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和刺激響應(yīng)性。華南理工大學(xué)的研究團(tuán)隊開發(fā)了一種新的具有尿素-嘧啶酮（UPy）分子和熱敏性疏水性短聚物段的透明質(zhì)酸（HA）超分子聚合物（HDU）。通過引入動態(tài)二硫鍵網(wǎng)絡(luò)作為第二網(wǎng)絡(luò)，使其在生理條件下形成穩(wěn)定的凝膠。這種雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的雜化超分子凝膠，兼具非共價交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的自愈性和剪切稀化行為，以及動態(tài)共價網(wǎng)絡(luò)的光調(diào)控和氧化還原響應(yīng)性。在軟骨細(xì)胞三維培養(yǎng)實驗中，研究人員發(fā)現(xiàn)，包裹在雜化超分子水凝膠內(nèi)的軟骨細(xì)胞能夠保持良好的細(xì)胞表型，持續(xù)分泌軟骨特異性基質(zhì)，如Ⅱ型膠原和蛋白聚糖等。這得益于水凝膠獨特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為軟骨細(xì)胞提供了一個仿生的三維微環(huán)境，促進(jìn)了細(xì)胞與周圍環(huán)境的物質(zhì)交換和信號傳遞。同時，水凝膠的氧化還原響應(yīng)性能夠根據(jù)細(xì)胞微環(huán)境中的氧化還原狀態(tài)，動態(tài)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步促進(jìn)軟骨細(xì)胞基質(zhì)的分泌，有利于軟骨組織的再生修復(fù)。從結(jié)構(gòu)角度分析，透明質(zhì)酸超分子水凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由多個層次組成。首先，透明質(zhì)酸分子通過主鏈上的功能基團(tuán)與UPy分子形成四重氫鍵，構(gòu)建起初級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種氫鍵相互作用具有可逆性，使得水凝膠在受到外力作用時，能夠通過氫鍵的斷裂和重組實現(xiàn)自我修復(fù)，表現(xiàn)出良好的自愈合性能。同時，熱敏性疏水性短聚物段在溫度變化時會發(fā)生疏水自組裝，進(jìn)一步增強了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。動態(tài)二硫鍵網(wǎng)絡(luò)作為第二網(wǎng)絡(luò)，與初級網(wǎng)絡(luò)相互交織，形成了一個復(fù)雜的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。二硫鍵在氧化還原條件變化時能夠發(fā)生斷裂和重組，賦予了水凝膠光調(diào)控和氧化還原響應(yīng)性。在光照或細(xì)胞微環(huán)境中氧化還原物質(zhì)濃度變化時，二硫鍵網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)會發(fā)生改變，從而影響水凝膠的力學(xué)性能和溶脹行為，實現(xiàn)對細(xì)胞微環(huán)境的動態(tài)調(diào)控。透明質(zhì)酸超分子水凝膠在軟骨細(xì)胞三維培養(yǎng)中展現(xiàn)出的優(yōu)異性能，為軟骨組織工程提供了一種極具潛力的支架材料。其獨特的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和刺激響應(yīng)性，能夠有效維持軟骨細(xì)胞的表型和功能，促進(jìn)軟骨基質(zhì)的分泌，為軟骨缺損的修復(fù)和再生提供了新的解決方案。未來，隨著對水凝膠結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的深入研究，以及制備技術(shù)的不斷創(chuàng)新，透明質(zhì)酸超分子水凝膠有望在臨床應(yīng)用中取得更大的突破。3.3.2三維DNA納米材料三維DNA納米材料以其精確的自組裝能力和納米尺度的精準(zhǔn)操控性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其中，三維DNA納米機器人作為一種新型的納米材料，能夠在納米尺度上實現(xiàn)對生物材料的精準(zhǔn)操控和組裝，為藥物遞送、生物制造等領(lǐng)域帶來了新的機遇。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的研究團(tuán)隊創(chuàng)新地運用DNA納米技術(shù)，結(jié)合可折疊的支架結(jié)構(gòu)和多重響應(yīng)控制方式，成功研發(fā)出一種新型的三維DNA工業(yè)納米機器人。該納米機器人的大小約為100納米，能夠利用溫度控制和紫外線（UV）來操控和對齊納米尺寸的零件，然后將納米零件精準(zhǔn)地焊接在一起，制造出所需的納米結(jié)構(gòu)，并在完成后重置，以進(jìn)行下一個操作。在藥物遞送領(lǐng)域，三維DNA納米機器人具有獨特的優(yōu)勢。其納米級別的尺寸使其能夠輕松穿透生物膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，實現(xiàn)藥物的精準(zhǔn)遞送。通過在納米機器人表面修飾特定的靶向分子，如抗體、核酸適配體等，可以使其特異性地識別并結(jié)合到病變細(xì)胞表面，將負(fù)載的藥物精確地釋放到病變部位，提高藥物的治療效果，減少對正常細(xì)胞的毒副作用。在癌癥治療中，三維DNA納米機器人可以攜帶抗癌藥物，精準(zhǔn)地靶向腫瘤細(xì)胞，實現(xiàn)對腫瘤細(xì)胞的特異性殺傷。納米機器人能夠利用自身的結(jié)構(gòu)特點，在腫瘤細(xì)胞周圍形成一個藥物富集區(qū)域，提高藥物的濃度，增強對腫瘤細(xì)胞的殺傷力。同時，通過控制納米機器人的釋放機制，可以實現(xiàn)藥物的持續(xù)、穩(wěn)定釋放，延長藥物的作用時間，提高治療效果。在生物制造領(lǐng)域，三維DNA納米機器人能夠?qū)崿F(xiàn)對生物材料的高精度組裝，制備出具有特定結(jié)構(gòu)和功能的生物材料。它們可以利用自身的可折疊支架結(jié)構(gòu)，精確地定位和組裝納米級別的生物材料，如蛋白質(zhì)、磷脂膜等，構(gòu)建出具有復(fù)雜功能的生物納米結(jié)構(gòu)。通過控制納米機器人的組裝過程，可以制備出具有特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的生物膜，模擬細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，用于生物傳感器、藥物篩選等領(lǐng)域。從技術(shù)原理上看，三維DNA納米機器人的精準(zhǔn)操控和組裝能力得益于DNA納米技術(shù)的高度精確性。DNA分子具有獨特的雙螺旋結(jié)構(gòu)和堿基互補配對原則，通過合理設(shè)計DNA序列，可以實現(xiàn)DNA分子的自組裝，構(gòu)建出各種復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)?？烧郫B的支架結(jié)構(gòu)為納米機器人提供了靈活的操作平臺，使其能夠在不同的環(huán)境中實現(xiàn)對納米零件的操控和組裝。多重響應(yīng)控制方式，如溫度控制、紫外線控制等，使得納米機器人能夠根據(jù)外界環(huán)境的變化，精確地調(diào)整自身的行為，實現(xiàn)對生物材料的精準(zhǔn)加工和組裝。三維DNA納米機器人作為一種新型的三維DNA納米材料，在納米尺度上展現(xiàn)出了卓越的精準(zhǔn)操控和組裝能力，為藥物遞送、生物制造等領(lǐng)域的發(fā)展提供了新的技術(shù)手段。隨著相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，三維DNA納米機器人有望在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為解決生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的諸多難題提供新的解決方案。四、智能生物材料在細(xì)胞動態(tài)調(diào)控中的應(yīng)用4.1對細(xì)胞增殖的調(diào)控4.1.1二維材料的作用機制二維材料對細(xì)胞增殖的調(diào)控作用與其獨特的表面性質(zhì)和化學(xué)組成密切相關(guān)。以石墨烯為例，其原子級平整的表面為細(xì)胞提供了一個特殊的物理微環(huán)境，能夠影響細(xì)胞與材料表面的相互作用。當(dāng)細(xì)胞與石墨烯表面接觸時，細(xì)胞會通過整合素等跨膜蛋白與石墨烯表面的吸附蛋白形成黏著斑，進(jìn)而引發(fā)一系列細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)事件。研究表明，石墨烯表面的高電子遷移率能夠影響細(xì)胞內(nèi)的電荷分布和離子通道活性，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖信號通路。在神經(jīng)干細(xì)胞的培養(yǎng)中，石墨烯修飾的基底能夠促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞的增殖，其機制可能是石墨烯通過影響細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度和相關(guān)信號分子的活性，激活了細(xì)胞增殖相關(guān)的信號通路，如絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路，促進(jìn)了神經(jīng)干細(xì)胞的DNA合成和細(xì)胞分裂。過渡金屬硫化物（TMDs）如MoS?，其表面的化學(xué)活性位點對細(xì)胞增殖具有重要影響。MoS?表面的硫原子和過渡金屬原子能夠與細(xì)胞表面的蛋白質(zhì)和受體發(fā)生特異性相互作用，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖行為。在成骨細(xì)胞的培養(yǎng)中，MoS?納米片能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的增殖，這可能是由于MoS?表面的活性位點與成骨細(xì)胞表面的整合素受體結(jié)合，激活了下游的FAK（粘著斑激酶）-PI3K（磷脂酰肌醇-3激酶）-Akt信號通路，促進(jìn)了細(xì)胞的存活和增殖。此外，MoS?的熒光特性還可以用于實時監(jiān)測細(xì)胞在其表面的增殖過程，通過熒光標(biāo)記細(xì)胞，利用熒光顯微鏡觀察細(xì)胞數(shù)量的變化，從而直觀地了解MoS?對細(xì)胞增殖的影響。二維材料的表面修飾也能夠顯著改變其對細(xì)胞增殖的調(diào)控作用。通過在二維材料表面接枝生物活性分子，如生長因子、細(xì)胞黏附肽等，可以增強材料對細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用。將血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）接枝到石墨烯表面，能夠特異性地結(jié)合到血管內(nèi)皮細(xì)胞表面的VEGF受體上，激活細(xì)胞內(nèi)的增殖信號通路，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，為血管組織工程提供了新的策略。4.1.2三維材料的影響效果三維材料的孔隙結(jié)構(gòu)對細(xì)胞增殖起著至關(guān)重要的作用。適宜的孔隙結(jié)構(gòu)能夠為細(xì)胞提供充足的生長空間，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸和代謝產(chǎn)物的排出，從而創(chuàng)造有利于細(xì)胞增殖的微環(huán)境。研究表明，當(dāng)三維材料的孔隙率在一定范圍內(nèi)增加時，細(xì)胞的增殖速率顯著提高。這是因為高孔隙率增加了細(xì)胞與營養(yǎng)物質(zhì)的接觸面積，使細(xì)胞能夠更有效地攝取營養(yǎng)，滿足細(xì)胞增殖所需的物質(zhì)和能量需求。在骨組織工程中，具有高孔隙率的三維支架能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化，加速新骨組織的形成。三維材料的力學(xué)性能也對細(xì)胞增殖產(chǎn)生重要影響。細(xì)胞在體內(nèi)受到各種力學(xué)刺激，這些力學(xué)信號能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖行為。三維材料的力學(xué)性能應(yīng)與目標(biāo)組織相匹配，為細(xì)胞提供適宜的力學(xué)微環(huán)境。對于軟組織工程應(yīng)用，如皮膚修復(fù)和軟骨再生，材料需要具有良好的柔韌性和彈性，以適應(yīng)軟組織的變形。在皮膚組織工程中，具有一定彈性的三維水凝膠支架能夠模擬皮膚的力學(xué)性能，為皮膚細(xì)胞提供適宜的力學(xué)刺激，促進(jìn)皮膚細(xì)胞的增殖和遷移，加速皮膚傷口的愈合。除了孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能外，三維材料的生物活性也是影響細(xì)胞增殖的重要因素。通過在三維材料中引入生長因子、細(xì)胞因子等生物活性分子，可以為細(xì)胞提供額外的增殖信號，促進(jìn)細(xì)胞的增殖。在神經(jīng)組織工程中，將神經(jīng)生長因子（NGF）負(fù)載到三維支架中，能夠持續(xù)釋放NGF，為神經(jīng)細(xì)胞提供生長信號，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞的增殖和分化，有利于神經(jīng)組織的修復(fù)和再生。此外，三維材料的表面性質(zhì)，如表面粗糙度、化學(xué)組成等，也會影響細(xì)胞與材料的相互作用，進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖行為。4.2對細(xì)胞分化的誘導(dǎo)4.2.1二維材料的誘導(dǎo)方式二維材料在細(xì)胞分化誘導(dǎo)中展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，其表面修飾和物理性質(zhì)的調(diào)控為細(xì)胞分化相關(guān)基因的表達(dá)提供了多樣化的影響機制。表面修飾是二維材料誘導(dǎo)細(xì)胞分化的重要手段之一。通過在二維材料表面引入特定的生物活性分子，能夠為細(xì)胞提供特定的信號，從而引導(dǎo)細(xì)胞向特定方向分化。研究人員將神經(jīng)生長因子（NGF）修飾到石墨烯表面，構(gòu)建了一種新型的細(xì)胞培養(yǎng)基底。在神經(jīng)干細(xì)胞的培養(yǎng)實驗中，這種修飾后的石墨烯基底能夠顯著促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元的分化。從分子機制層面分析，NGF與神經(jīng)干細(xì)胞表面的受體結(jié)合后，激活了細(xì)胞內(nèi)的絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）信號通路和磷脂酰肌醇-3激酶（PI3K）-Akt信號通路，這些信號通路的激活促進(jìn)了神經(jīng)分化相關(guān)基因如NeuroD、β-tubulinⅢ等的表達(dá)，抑制了神經(jīng)干細(xì)胞干性維持基因如Sox2、Oct4等的表達(dá)，從而實現(xiàn)了對神經(jīng)干細(xì)胞分化方向的有效調(diào)控。除了生物活性分子修飾，二維材料表面的電荷性質(zhì)也對細(xì)胞分化具有重要影響。表面帶正電荷的二維材料能夠通過靜電相互作用吸引帶負(fù)電荷的細(xì)胞表面蛋白，從而改變細(xì)胞表面的電荷分布和蛋白構(gòu)象，進(jìn)而影響細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)。在成骨細(xì)胞的分化研究中，表面帶正電荷的氧化石墨烯能夠促進(jìn)成骨細(xì)胞的分化。這是因為正電荷的氧化石墨烯與成骨細(xì)胞表面的整合素等蛋白結(jié)合后，激活了細(xì)胞內(nèi)的FAK（粘著斑激酶）-RhoA（小GTP酶）信號通路，促進(jìn)了成骨相關(guān)基因如Runx2、OCN（骨鈣素）等的表達(dá)，增強了成骨細(xì)胞的礦化能力。二維材料的物理性質(zhì)，如表面粗糙度、彈性模量等，同樣在細(xì)胞分化過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。適當(dāng)?shù)谋砻娲植诙饶軌蛟黾蛹?xì)胞與材料表面的接觸面積，提供更多的細(xì)胞黏附位點，從而促進(jìn)細(xì)胞的分化。研究表明，具有納米級粗糙度的二硫化鉬（MoS?）表面能夠促進(jìn)間充質(zhì)干細(xì)胞向成骨細(xì)胞的分化。通過原子力顯微鏡（AFM）和掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，間充質(zhì)干細(xì)胞在納米粗糙的MoS?表面能夠更好地鋪展和黏附，細(xì)胞內(nèi)的應(yīng)力纖維分布更加有序。進(jìn)一步的分子生物學(xué)實驗表明，納米粗糙的MoS?表面通過激活細(xì)胞內(nèi)的YAP（Yes相關(guān)蛋白）-TAZ（具有PDZ結(jié)合基序的轉(zhuǎn)錄共激活因子）信號通路，促進(jìn)了成骨相關(guān)基因的表達(dá)，實現(xiàn)了對間充質(zhì)干細(xì)胞成骨分化的誘導(dǎo)。二維材料的彈性模量也能夠影響細(xì)胞的分化命運。細(xì)胞在不同彈性模量的材料表面會感知到不同的力學(xué)信號，這些力學(xué)信號通過細(xì)胞骨架傳遞到細(xì)胞核內(nèi)，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。在心肌細(xì)胞的分化研究中，具有與心肌組織相近彈性模量的二維材料能夠促進(jìn)胚胎干細(xì)胞向心肌細(xì)胞的分化。通過調(diào)整二維材料的組成和制備工藝，制備出具有不同彈性模量的材料，將胚胎干細(xì)胞接種在這些材料表面進(jìn)行培養(yǎng)。實驗結(jié)果表明，在彈性模量接近心肌組織的材料表面，胚胎干細(xì)胞能夠更好地表達(dá)心肌分化相關(guān)基因如α-MHC（α-心肌肌球蛋白重鏈）、cTnT（心肌肌鈣蛋白T）等，細(xì)胞的收縮功能也得到了顯著增強。4.2.2三維材料的調(diào)控作用三維支架材料在模擬體內(nèi)組織微環(huán)境方面具有天然的優(yōu)勢，能夠通過與細(xì)胞的復(fù)雜相互作用，精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞分化為特定類型的組織細(xì)胞，為組織工程和再生醫(yī)學(xué)提供了強大的支持。三維支架材料的孔隙結(jié)構(gòu)是影響細(xì)胞分化的關(guān)鍵因素之一。適宜的孔隙大小和連通性能夠為細(xì)胞提供充足的生長空間，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸和代謝產(chǎn)物的排出，同時為細(xì)胞間的信號傳遞提供通道。研究表明，對于骨組織工程應(yīng)用，三維支架的孔隙直徑在100-500μm之間時，能夠有效促進(jìn)成骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化。這是因為該孔隙尺寸范圍既能夠滿足成骨細(xì)胞的生長需求，又有利于血管的長入，為新骨組織的形成提供充足的營養(yǎng)供應(yīng)。通過Micro-CT和組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，在具有適宜孔隙結(jié)構(gòu)的三維支架中，成骨細(xì)胞能夠均勻分布，并分泌大量的骨基質(zhì)，促進(jìn)新骨組織的礦化和成熟。三維支架材料的化學(xué)組成也對細(xì)胞分化起著重要的調(diào)控作用。不同的化學(xué)組成能夠提供不同的生物活性位點，與細(xì)胞表面的受體和信號分子相互作用，從而影響細(xì)胞的分化命運。天然高分子材料如膠原蛋白、殼聚糖等，具有良好的生物相容性和生物活性，能夠模擬細(xì)胞外基質(zhì)的化學(xué)組成，為細(xì)胞提供天然的生長環(huán)境。在軟骨組織工程中，膠原蛋白基三維支架能夠促進(jìn)軟骨細(xì)胞的黏附、增殖和分化，維持軟骨細(xì)胞的表型。這是因為膠原蛋白能夠與軟骨細(xì)胞表面的整合素受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)的PI3K-Akt信號通路和Wnt信號通路，促進(jìn)軟骨特異性基因如SOX9、COL2A1（Ⅱ型膠原蛋白基因）等的表達(dá)，抑制軟骨細(xì)胞的肥大和鈣化，維持軟骨組織的正常結(jié)構(gòu)和功能。合成高分子材料如聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）等，具有可調(diào)節(jié)的降解速率和力學(xué)性能，能夠根據(jù)不同的組織工程需求進(jìn)行設(shè)計和優(yōu)化。通過在合成高分子材料中引入生物活性分子，如生長因子、細(xì)胞黏附肽等，可以進(jìn)一步增強材料對細(xì)胞分化的調(diào)控能力。在神經(jīng)組織工程中，將神經(jīng)生長因子（NGF）負(fù)載到PLA三維支架中，能夠持續(xù)釋放NGF，為神經(jīng)干細(xì)胞提供生長信號，促進(jìn)神經(jīng)干細(xì)胞向神經(jīng)元的分化。通過免疫熒光染色和實時定量PCR分析發(fā)現(xiàn)，負(fù)載NGF的PLA三維支架能夠顯著提高神經(jīng)干細(xì)胞中神經(jīng)元特異性標(biāo)志物如β-tubulinⅢ、MAP2（微管相關(guān)蛋白2）等的表達(dá)水平，促進(jìn)神經(jīng)突起的生長和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成。三維支架材料與細(xì)胞之間的相互作用還涉及到力學(xué)信號的傳遞和響應(yīng)。細(xì)胞在三維支架中生長時，會受到支架的力學(xué)約束和支撐，這些力學(xué)信號能夠通過細(xì)胞骨架傳遞到細(xì)胞核內(nèi)，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。通過改變?nèi)S支架的力學(xué)性能，如彈性模量、硬度等，可以調(diào)控細(xì)胞的分化方向。在肌肉組織工程中，具有較高彈性模量的三維支架能夠促進(jìn)成肌細(xì)胞的分化和肌管的形成。這是因為較高的彈性模量能夠提供更強的力學(xué)支撐，激活細(xì)胞內(nèi)的Yes相關(guān)蛋白（YAP）信號通路，促進(jìn)成肌相關(guān)基因如MyoD、Myogenin等的表達(dá)，增強成肌細(xì)胞的分化能力。4.3對細(xì)胞遷移的引導(dǎo)4.3.1二維材料表面的引導(dǎo)作用二維材料表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和化學(xué)梯度對細(xì)胞遷移行為有著顯著的影響，這種影響在組織修復(fù)和再生領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)角度來看，具有納米級溝槽結(jié)構(gòu)的二維材料能夠引導(dǎo)細(xì)胞的遷移方向。當(dāng)細(xì)胞在這種具有特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的二維材料表面遷移時，細(xì)胞會感知到表面的幾何特征，并通過細(xì)胞骨架的重組來響應(yīng)這種感知。細(xì)胞內(nèi)的肌動蛋白絲會沿著溝槽的方向排列，形成定向的應(yīng)力纖維，從而為細(xì)胞的遷移提供方向性的驅(qū)動力。這種定向的遷移行為在神經(jīng)組織修復(fù)中具有重要意義。在神經(jīng)損傷修復(fù)過程中，將具有納米溝槽結(jié)構(gòu)的二維材料作為神經(jīng)細(xì)胞的生長基質(zhì)，能夠引導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的軸突沿著溝槽方向生長，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞之間的連接和信號傳遞，加速神經(jīng)功能的恢復(fù)?；瘜W(xué)梯度也是調(diào)控細(xì)胞遷移的重要因素。通過在二維材料表面構(gòu)建化學(xué)分子梯度，如生長因子梯度、細(xì)胞黏附分子梯度等，可以引導(dǎo)細(xì)胞朝著化學(xué)信號濃度較高的方向遷移。在傷口愈合過程中，在二維材料表面構(gòu)建血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）梯度，能夠吸引血管內(nèi)皮細(xì)胞向傷口部位遷移，促進(jìn)血管新生，為傷口愈合提供充足的營養(yǎng)供應(yīng)。這是因為細(xì)胞表面存在著對VEGF等生長因子敏感的受體，當(dāng)細(xì)胞感知到生長因子的濃度梯度時，會激活細(xì)胞內(nèi)的信號傳導(dǎo)通路，如RhoGTP酶信號通路，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的動態(tài)變化，使細(xì)胞朝著生長因子濃度升高的方向遷移。在組織修復(fù)和再生中，二維材料表面的引導(dǎo)作用為細(xì)胞的定向遷移提供了有效的手段。在皮膚組織修復(fù)中，利用具有特定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和化學(xué)梯度的二維材料，可以引導(dǎo)皮膚細(xì)胞的遷移和增殖，促進(jìn)皮膚組織的再生。具有微納結(jié)構(gòu)的二維材料能夠模擬皮膚細(xì)胞外基質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)，為皮膚細(xì)胞提供良好的黏附和遷移環(huán)境；同時，在材料表面修飾促進(jìn)皮膚細(xì)胞遷移的生物活性分子，如表皮生長因子（EGF），構(gòu)建EGF梯度，能夠吸引皮膚細(xì)胞向損傷部位遷移，加速皮膚傷口的愈合。在骨組織再生中，通過在二維材料表面構(gòu)建成骨誘導(dǎo)分子梯度，如骨形態(tài)發(fā)生蛋白（BMP）梯度，能夠引導(dǎo)成骨細(xì)胞向骨缺損部位遷移，促進(jìn)新骨組織的形成。二維材料的高比表面積和良好的生物相容性，使其能夠有效地負(fù)載和釋放成骨誘導(dǎo)分子，為骨組織再生提供持續(xù)的信號刺激。4.3.2三維材料內(nèi)部的遷移路徑三維材料內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)和通道網(wǎng)絡(luò)在為細(xì)胞遷移提供路徑方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，對促進(jìn)細(xì)胞在材料內(nèi)部均勻分布和組織整合具有重要意義。三維材料的孔隙結(jié)構(gòu)為細(xì)胞遷移提供了物理空間。適宜的孔隙大小和連通性是細(xì)胞順利遷移的關(guān)鍵因素。研究表明，當(dāng)孔隙直徑在一定范圍內(nèi)時，細(xì)胞能夠通過偽足的伸展和收縮在孔隙中遷移。對于成纖維細(xì)胞，孔隙直徑在50-200μm之間時，細(xì)胞遷移較為活躍。這是因為該孔隙尺寸既能容納細(xì)胞的體積，又能使細(xì)胞與孔隙壁之間產(chǎn)生有效的相互作用，為細(xì)胞遷移提供足夠的支撐和牽引力?？紫兜倪B通性也至關(guān)重要，連通性良好的孔隙網(wǎng)絡(luò)能夠形成連續(xù)的遷移路徑，使細(xì)胞能夠在三維材料內(nèi)部自由遷移，促進(jìn)細(xì)胞在材料內(nèi)部的均勻分布。通道網(wǎng)絡(luò)在細(xì)胞遷移過程中扮演著引導(dǎo)細(xì)胞遷移方向的角色。通過設(shè)計具有特定方向和結(jié)構(gòu)的通道網(wǎng)絡(luò)，可以引導(dǎo)細(xì)胞朝著預(yù)定的方向遷移。在神經(jīng)組織工程中，構(gòu)建具有定向通道的三維材料，能夠引導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的遷移和軸突的生長。這些定向通道模擬了神經(jīng)纖維在體內(nèi)的生長路徑，為神經(jīng)細(xì)胞提供了物理引導(dǎo)，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞之間的連接和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的形成。通道網(wǎng)絡(luò)還可以促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的傳輸，為細(xì)胞遷移提供必要的物質(zhì)條件。在促進(jìn)組織整合方面，細(xì)胞在三維材料內(nèi)部的均勻分布是實現(xiàn)組織整合的基礎(chǔ)。當(dāng)細(xì)胞能夠在三維材料內(nèi)部均勻遷移并分布時，細(xì)胞之間能夠建立有效的相互作用，形成緊密的細(xì)胞-細(xì)胞連接和細(xì)胞-基質(zhì)連接。在軟骨組織工程中，軟骨細(xì)胞在三維材料內(nèi)部均勻分布，能夠分泌大量的軟骨基質(zhì)，促進(jìn)軟骨組織的形成和整合。細(xì)胞與三維材料之間的相互作用也有助于組織整合。細(xì)胞在遷移過程中會分泌細(xì)胞外基質(zhì)，這些細(xì)