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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(luò)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(luò)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(shè)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(yīng)力進一步提高凝膠體系的力學(xué)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(shè)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(luò)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(xué)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(yīng)，當(dāng)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(yīng)，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(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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