組織工程學(xué)是近年來(lái)興起的一門多學(xué)科交叉的前沿科學(xué)，細(xì)胞和支架是其中更重要、研究更為廣泛的兩個(gè)部分，細(xì)胞提供生物功能，支架提供細(xì)胞生長(zhǎng)的平臺(tái)，而組織的構(gòu)建不僅要考慮支架的宏觀機(jī)構(gòu)、細(xì)胞水平的表面微結(jié)構(gòu)，還應(yīng)考慮亞細(xì)胞水平的納米結(jié)構(gòu)及皮牛頓級(jí)的細(xì)胞、分子間作用力。前兩個(gè)結(jié)構(gòu)層次已有很多的研究和制備方法，而對(duì)納米層次的了解尚不充分，結(jié)構(gòu)控制的方法也有限。納米技術(shù)使得亞細(xì)胞水平的器件構(gòu)建成為可能，納米技術(shù)在組織工程中的應(yīng)用成為一個(gè)新的不斷發(fā)展的領(lǐng)域。作為納米檢測(cè)、納米操縱的重要手段，表面形態(tài)、力學(xué)信息檢測(cè)的新型工具，原子力顯微鏡(A—tomicforcemicroscopy，AFM)在組織工程學(xué)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

近十幾年來(lái)，支架材料的研究熱點(diǎn)之一是材料的表面結(jié)構(gòu)對(duì)種子細(xì)胞的影響_，研究者希望深入了解特征的表面形態(tài)如何誘導(dǎo)細(xì)胞的形態(tài)變化、細(xì)胞的黏附、遷移、生長(zhǎng)、凋亡、基因的調(diào)控以及組織的構(gòu)建。Affrossman等[3系統(tǒng)研究了聚苯乙烯／溴代聚苯乙烯(PS／PBrxS)的成膜情況，用AFM觀察發(fā)現(xiàn)，在適當(dāng)條件下該混合體系可形成具有特征納米級(jí)表面結(jié)構(gòu)的薄膜。這種高聚物分層法(PolymerDemixing)制成的薄膜表面為單一PS組分，特征的納米級(jí)島狀結(jié)構(gòu)高度可調(diào)控，特別適用于研究不同高度的納米表面結(jié)構(gòu)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響。對(duì)成纖維細(xì)胞的研究結(jié)果顯示，細(xì)胞對(duì)材料表面島狀結(jié)構(gòu)敏感，細(xì)胞形態(tài)、黏附、遷移、細(xì)胞外基質(zhì)形成有關(guān)的基因隨島狀結(jié)構(gòu)的高度發(fā)生變化。培養(yǎng)一周后的內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)、分布與體內(nèi)形成脈管組織過(guò)程中的形態(tài)相似，預(yù)示島狀結(jié)構(gòu)本身就能起到與細(xì)胞外基質(zhì)相似的生理誘導(dǎo)作用lg。上述方法形成的納米結(jié)構(gòu)形態(tài)不規(guī)則，Yamamoto等[1婦用AFM研究了纖連蛋白(Fn)在蜂巢狀的規(guī)整薄膜上的吸附。結(jié)果顯示Fn圍繞孔的邊緣吸附，形成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，而相同物質(zhì)的平整薄膜上Fn形成相互連接的纖維狀結(jié)構(gòu)，說(shuō)明吸附Fn的結(jié)構(gòu)與基底的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。進(jìn)一步的內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞培養(yǎng)結(jié)果顯示，兩種細(xì)胞在蜂巢狀薄膜上形成的黏著斑均ff1Fn的吸附結(jié)構(gòu)決定，表明蜂巢狀薄膜介導(dǎo)的生物學(xué)響應(yīng)與平整薄膜不同。了解細(xì)胞外基質(zhì)納米級(jí)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及細(xì)胞外基質(zhì)與生物材料相互作用的關(guān)系對(duì)構(gòu)建組織工程化人工細(xì)胞外基質(zhì)有著重要的指導(dǎo)作用。重要的細(xì)胞外基質(zhì)蛋白I型膠原具有特殊的纖維結(jié)構(gòu)，其形成與溶液濃度、溶液成分、基底的表面結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等多種因素有關(guān)，Woodcock等用AFM對(duì)I型膠原和Ⅲ型膠原在不同高分子基底上的結(jié)構(gòu)和吸附研究發(fā)現(xiàn)I型膠原在聚苯乙烯(PS)上比在一系列的聚甲基丙烯酸酯(PMA)上的吸附更強(qiáng)，而聚甲基丙烯酸酯側(cè)鏈的長(zhǎng)度又影響膠原形成的分枝狀纖維的長(zhǎng)度，說(shuō)明聚合物的官能團(tuán)、表面成分和表面形貌具有介導(dǎo)膠原蛋白吸附的作用。Elliott等u采用端基為COOH一、NH。一和OH一的硫代烷烴制成均勻的單層膜為組裝形成膠原纖維的基底，研究顯示膠原纖維超級(jí)結(jié)構(gòu)的形成依賴于基底的化學(xué)組成，粗膠原纖維只在接觸角大于83。的表面上生成，當(dāng)接觸角小于63。時(shí)粗膠原纖維不能形成。深入了解蛋白一材料吸附規(guī)律，對(duì)仿生材料制備有很好的指導(dǎo)作用。

AFM不僅是納米結(jié)構(gòu)檢測(cè)的有效手段，其納米級(jí)的針尖和精密的壓電控制系統(tǒng)使其成為納米操控和制作的有力工具，經(jīng)適當(dāng)?shù)姆椒刂铺结樀淖饔昧鸵苿?dòng)軌跡，可用于“書寫”納米級(jí)的圖案，這一技術(shù)被稱為掃描探針刻蝕(SPL)。Acunto等口利用溶劑揮發(fā)效應(yīng)，采用相對(duì)較低的力(2～2OnN)，應(yīng)用AFM探針一次掃描成型，分別在聚己內(nèi)酯(PCL)和聚乙烯基對(duì)苯二甲酸酯(PET)薄膜上誘導(dǎo)產(chǎn)生穩(wěn)定的條紋狀納米圖形，通過(guò)調(diào)整施加力的大小、掃描速度、角度，可改變形成圖形高度、周期性和取向。