供稿人:郝志岩 王玲 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2020-12-21
人体内有数以亿计的神经元，组成非常复杂的神经网络结构，和其他部位组织不同的是神经组织具有独特的电生理特性，支配人体的各种感觉和运动。近年来，学者们尝试各种方法构建仿生支架用于神经再生。导电生物材料对于模仿组织（如神经、骨骼肌和心血管组织等）的电生理特性以及作为生物传感器（生物电极、柔性可穿戴设备和电控药物输送系统等）在组织修复中有着重要的应用。
斯蒂文斯理工学院王红军教授团队的研究结果证实了超细纤维模板的制作与指定的图案由PLCL解决方案，可在NFEP期间调节纤维直径（15至150µm）和纤维间覆盖角（45°、60°、75°、90°）。借助聚乙烯亚胺（BPEI），GO通过静电作用逐层（L-b-L）涂覆在PLCL超细纤维上，然后原位转化为rGO。在rGO封装的PLCL超细纤维上分别培养了原代小鼠海马神经元和大鼠嗜铬细胞瘤（PC-12细胞），非常类似于神经元样细胞。
图1 电刺激下导电微纤维结构形成神经元网络的示意图
图1、2显示3D导电微纤维的具体制备过程和表征，如图2A所示，采用PLCL作为生物墨水，制备的纤维直径可控（15-141um），在支化聚乙烯亚胺(BPEI)的辅助下，氧化石墨(GO)烯通过静电相互作用，逐层(L-b-L)涂覆在PLCL微纤维上，然后原位转化为还原氧化石墨烯（rGO）。图B、C、D、E依次是纤维支架的扫描电镜、傅里叶红外扫描和导电性能表征。
图2 3D导电微纤维的制备和表征
该团队还探索了通过微纤维直径控制神经突定向生长的方法, 将三个具有选定直径（小= 15 µm，中= 70 µm和大= 148 µm）的代表性PLCL支架L–b–L涂有25层GO，然后通过还原为Rgo。在小直径（17 µm）rGO封装的微图案上观察到定向神经突向外生长，并且这种引导的神经突延伸紧紧跟随微纤维的方向。在72微米或150微米超细纤维的微图案上，注意到了神经突向外生长的最小方向引导，很容易失去它们的初始排列。在直径较大的纤维（72和150 µm）上，神经突的分布更加分散，并且神经突很容易分支并包裹纤维，同时失去了方向性。
综上所述，将氧化石墨烯/还原氧化石墨烯涂层于3D PLCL微纤维模板表面以制备导电支架被证明是实现结构复杂性和高导电性的有效策略。在NFEP辅助下，可定制超细纤维的大小及其三维空间组织，为指导三维神经网络的开发提供独特的地形线索，有望实现构建与人体复杂程度和相互作用相似的三维神经网络。