組織工程學是近年來興起的一門多學科交叉的前沿科學，細胞和支架是其中更重要、研究更為廣泛的兩個部分，細胞提供生物功能，支架提供細胞生長的平臺，而組織的構(gòu)建不僅要考慮支架的宏觀機構(gòu)、細胞水平的表面微結(jié)構(gòu)，還應考慮亞細胞水平的納米結(jié)構(gòu)及皮牛頓級的細胞、分子間作用力。前兩個結(jié)構(gòu)層次已有很多的研究和制備方法，而對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)在組織工程中的應用成為一個新的不斷發(fā)展的領(lǐng)域。作為納米檢測、納米操縱的重要手段，表面形態(tài)、力學信息檢測的新型工具，原子力顯微鏡(A—tomicforcemicroscopy，AFM)在組織工程學中發(fā)揮著越來越重要的作用。

近十幾年來，支架材料的研究熱點之一是材料的表面結(jié)構(gòu)對種子細胞的影響_，研究者希望深入了解特征的表面形態(tài)如何誘導細胞的形態(tài)變化、細胞的黏附、遷移、生長、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)，在適當條件下該混合體系可形成具有特征納米級表面結(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)對細胞生長的影響。對成纖維細胞的研究結(jié)果顯示，細胞對材料表面島狀結(jié)構(gòu)敏感，細胞形態(tài)、黏附、遷移、細胞外基質(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)皮細胞形態(tài)、分布與體內(nèi)形成脈管組織過程中的形態(tài)相似，預示島狀結(jié)構(gòu)本身就能起到與細胞外基質(zhì)相似的生理誘導作用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)，說明吸附Fn的結(jié)構(gòu)與基底的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。進一步的內(nèi)皮細胞和心肌細胞培養(yǎng)結(jié)果顯示，兩種細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的生物學響應與平整薄膜不同。了解細胞外基質(zhì)納米級的拓撲結(jié)構(gòu)以及細胞外基質(zhì)與生物材料相互作用的關(guān)系對構(gòu)建組織工程化人工細胞外基質(zhì)有著重要的指導作用。重要的細胞外基質(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)、化學成分等多種因素有關(guān)，Woodcock等用AFM對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，而聚甲基丙烯酸酯側(cè)鏈的長度又影響膠原形成的分枝狀纖維的長度，說明聚合物的官能團、表面成分和表面形貌具有介導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結(jié)構(gòu)的形成依賴于基底的化學組成，粗膠原纖維只在接觸角大于83。的表面上生成，當接觸角小于63。時粗膠原纖維不能形成。深入了解蛋白一材料吸附規(guī)律，對仿生材料制備有很好的指導作用。

AFM不僅是納米結(jié)構(gòu)檢測的有效手段，其納米級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?shù)姆椒刂铺结樀淖饔昧鸵苿榆壽E，可用于“書寫”納米級的圖案，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，采用相對較低的力(2～2OnN)，應用AFM探針一次掃描成型，分別在聚己內(nèi)酯(PCL)和聚乙烯基對苯二甲酸酯(PET)薄膜上誘導產(chǎn)生穩(wěn)定的條紋狀納米圖形，通過調(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。