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  天然細胞外基質(zhì)是由生物分子組裝形成的凝膠狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，用于支撐細胞并參與細胞的生命活動。水凝膠是一種高分子鏈通過交聯(lián)作用形成的三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，可以吸收并儲存大量水分，使氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)以及代謝產(chǎn)物可以在整個水凝膠孔洞中進行遷移和擴散。通過合理設計分子結(jié)構(gòu)，可以將各種非共價鍵（如氫鍵和疏水相互作用）引入高分子鏈的交聯(lián)過程。強共價鍵保持水凝膠的完整性，而分子間相互作用作為犧牲鍵耗散應力進一步提高凝膠體系的力學性能。因此，超分子水凝膠可以提供一個韌而強的微環(huán)境，模擬細胞外基質(zhì)，控制細胞活動。由于細胞-基質(zhì)相互作用是動態(tài)變化的過程，通過水凝膠模擬細胞外基質(zhì)研究細胞-基質(zhì)相互作用時，需要將動態(tài)過程及時轉(zhuǎn)化為可檢測的信號。有機熒光共軛聚合物具有長程π電子離域體系，表現(xiàn)出良好的熒光性質(zhì)，這使其可以作為能量給體，放大檢測信號，極大地提高了檢測靈敏度。同時共軛分子的側(cè)鏈可以引入不同的官能團，便于通過分子相互作用形成超分子功能水凝膠，對于研究細胞-基質(zhì)相互作用具有重要意義。

  李立東教授團隊設計并合成了熒光共軛寡聚物OFBTCO₂Na，與聚N-丙烯酰基甘氨酰胺（PNAGA）通過氫鍵和疏水相互作用形成超分子熒光水凝膠。兩種非共價相互作用賦予水凝膠致密的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而具備良好的拉伸性和穩(wěn)定性。同時，OFBTCO₂Na的高穩(wěn)定熒光發(fā)射為超分子水凝膠提供了優(yōu)異的光學性能。

圖1（a）OFBTCO₂Na的合成路線。（b）超分子熒光水凝膠的紫外吸收（黑）和熒光發(fā)射（紅）光譜。（c）超分子熒光水凝膠的SEM圖像。（d）加入OFBTCO₂Na（紅）和無OFBTCO₂Na（黑）的水凝膠的拉伸曲線。（e）紫外光照下未拉伸和拉伸的超分子熒光水凝膠的圖像。

  該團隊進一步將經(jīng)過細胞膜染料染色的細胞封裝在超分子熒光水凝膠內(nèi)。由于細胞膜染料DiD與OFBTCO₂Na之間存在高效的熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FRET）效應，當拉伸水凝膠時，細胞-基質(zhì)距離改變引起FRET效率的改變，產(chǎn)生熒光信號的響應，達到動態(tài)監(jiān)測細胞-基質(zhì)相互作用的目的。而且拉伸七天后，細胞依舊表現(xiàn)出高細胞活性，并且發(fā)生形態(tài)改變。這項研究工作為超分子水凝膠模擬細胞外基質(zhì)，研究細胞-基質(zhì)相互作用，調(diào)節(jié)細胞行為提供了一種新的策略。

  以上相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, DOI: 10.1021/acsami.2c00460）上。論文第一作者為北京科技大學材料科學與工程學院碩士生張倩，通訊作者為李立東教授和王曉瑜副教授。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.2c00460