生物材料表面的微觀形態(tài)特征對細胞增殖、黏附和分化至關重要。然而，表面特性調控細胞行為的具體機制仍不明確，目前用于細胞調控的表面設計往往過于單一，難以同時滿足高精度制造與結構多功能性的雙重要求。飛秒激光無掩模光學投影光刻技術（Fs-MOPL）采用數字微鏡器件（DMD）作為掩模板，可以快速制造高精度大面積的可編程細胞芯片，實現(xiàn)對細胞浸潤性的調控。

中國科學院理化技術研究所仿生智能界面科學中心有機納米光子學實驗室鄭美玲研究員團隊，近期在可編程細胞芯片的設計、制備與浸潤性調控方面取得新進展。該工作提出基于飛秒激光無掩模光學投影光刻技術制備可編程細胞培養(yǎng)芯片，并應用于細胞行為研究。相關研究成果發(fā)表在《芯片實驗室》 (Lab on a Chip）期刊上。該期刊致力于發(fā)表微納米尺度的器件和應用領域的高質量前沿研究成果，于2001年創(chuàng)刊，陸續(xù)被SCIE等多個國際數據庫收錄，此期刊屬于JCR Q1區(qū)期刊。該論文的通訊作者是鄭美玲研究員，第一作者為2022級碩士研究生武昕宜。

研究團隊提出采用飛秒激光無掩模光學投影光刻技術，制備不同形貌的可編程細胞培養(yǎng)芯片，實現(xiàn)對細胞形態(tài)和細胞行為的調控。如圖1所示，該細胞培養(yǎng)芯片結構能夠調控細胞在不同線間距、柱直徑及孔徑的支架結構上的遷移、黏附及形態(tài)變化。

圖1 可編程細胞培養(yǎng)芯片的Fs-MOPL制備及細胞培養(yǎng)

研究人員利用飛秒激光無掩模光學投影光刻AZ P4620光刻膠制備的芯片結構展現(xiàn)出高結構保真度和均勻性。通過O₂等離子體和PDL涂覆等表面處理工藝，顯著提升親水性，促進細胞黏附與增殖。通過免疫熒光染色和共聚焦顯微鏡觀察，可編程細胞培養(yǎng)芯片結構對786-O細胞的遷移、黏附及形態(tài)變化具有定向調控能力。細胞對線間距、柱直徑和孔徑等結構參數的變化表現(xiàn)出明顯響應差異。值得注意的是，在線陣列結構上培養(yǎng)的細胞呈現(xiàn)拉長形態(tài)并形成排列整齊的肌動蛋白應力纖維，而柱陣列和孔陣列對黏著斑分布有顯著影響。生物相容性驗證證實該可編程細胞培養(yǎng)芯片適用于細胞培養(yǎng)和組織工程應用。

圖2 可編程細胞培養(yǎng)芯片上786-O細胞形態(tài)和細胞行為

該研究通過創(chuàng)新性的高精度可控模塊化結構設計，成功制備了能夠精準調控表面形貌特征的可編程細胞培養(yǎng)芯片以調節(jié)細胞形態(tài)和行為，同時滿足高精度制造與結構多功能性的雙重要求，凸顯了可編程細胞培養(yǎng)平臺模擬復雜體內微環(huán)境的潛力，為研究細胞行為及推進生物醫(yī)學研究提供了多功能且強大的工具。相關研究工作得到科技部激光制造與增材制造重點專項、國家自然科學面上基金、中國科學院國際伙伴計劃等項目的大力支持。

論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/lc/d5lc00803d

DOI 10.1039/d5lc00803d