细胞外基质作为由细胞分泌且富含结构蛋白、功能蛋白、蛋白聚糖等大分子的天然生物材料具有良好的生物相容性,能模拟细胞微环境,调控细胞黏附、增殖和分化,是理想的组织工程材料。骨髓间充质干细胞(BMSCs)作为骨缺损修复组织工程领域的首选种子细胞,影响其成骨向分化的因素对于构建适合细胞/组织生长的支架材料至关重要。而温和的热刺激凭借良好的诱导BMSCs成骨分化的能力逐渐被广泛研究,若能实现针对目标区域的热刺激从而避免对周围正常组织细胞造成损伤将极大地推动热刺激诱导骨形成的应用。因此,本文以细胞外基质为基础,分别将具有光热效应的聚多巴胺(PDA)和石墨烯(Graphene,Gr)与之结合,构建得到光照下能实现界面升温的具有光热效应的细胞外基质复合膜,并探究光热刺激对其表面细胞行为的调控。本文主要取得的研究成果如下:(1)PDA/ECM复合膜的构建及光热刺激下表面细胞响应通过静置沉积在基板表面沉积PDA薄膜,由于PDA高度亲和性,高密度培养小鼠胚胎成纤维细胞(NIH 3T3)并冻融循环去细胞获得的细胞外基质薄膜与之复合对基板进一步修饰,得到PDA/ECM复合膜修饰的基板。PDA/ECM作为修饰涂层与基板的结合十分牢固,且使基板的亲水性和生物相容性均得到较大改善。同时,PDA/ECM的光热效应能使表面的BMSCs在低强度、短时间的可见光照后感受到热刺激并向成骨细胞进行分化,具体表现为碱性磷酸酶(ALP)活力和钙矿化沉积的增加。(2)Gr/ECM复合膜的构建及光热刺激下表面细胞响应通过高密度培养NIH 3T3并冻融循环去细胞的方式获得细胞外基质薄膜,培养期间加入不同体积的纳米石墨烯水溶液,构建得到不同复合程度的Gr/ECM复合膜。复合薄膜具有优越的光热效应,且石墨烯复合程度越大,光照下薄膜表面升温越高。复合薄膜生物相容性虽相比于ECM有所降低,但是通过光热刺激方式(时间、频率)的调控,能有效诱导BMSCs成骨向分化,且低复合程度的Gr/ECM上的BMSCs在低强度、低频率、短时间的可见光照后表现出明显优于纯ECM的成骨分化能力。光热刺激下细胞内热休克蛋白70(HSP70)表达上调,一定程度内上调的HSP70参与激活p-ERK的表达从而诱导BMSCs成骨向分化,但过强的光热刺激对细胞造成损伤,即使HSP70表达仍上调,但细胞的生长和分化受到抑制。