东华大学张耀鹏、邵惠丽：丝素纤维“缩骨诱困”石墨烯制备静电纺导电支架

静电纺丝制备的再生丝素蛋白（RSF）纤维支架可诱导神经细胞生长和再生。然而常规RSF纤维不具备导电性，对神经细胞的分化没有明显促进作用。

近日，东华大学纤维材料改性国家重点实验室张耀鹏、邵惠丽教授所领衔的生物质材料成型与加工课题组成功地制备了石墨烯网络镶嵌修饰导电RSF纤维支架，该复合纤维支架展现优异的导电性及水洗稳定性，在恒定电压条件下可促进大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞（PC12）分化。相关研究成果以题为Graphenetrapped silk scaffolds integrate high conductivity and stability发表在Carbon。东华大学博士生张超与东华大学助理研究员范苏娜为论文共同第一作者，张耀鹏教授与上海大学朱波教授为共同通讯作者。

图1. 石墨烯网络镶嵌修饰的导电RSF支架及细胞电刺激装置示意图 

该团队将静电纺丝制备的初生RSF纤维支架浸渍于石墨烯/乙醇混合溶液中，如图2所示。初生RSF纤维支架质地疏松，且孔径较大，因此在浸渍过程中，石墨烯会进入纤维之间的孔隙中。在乙醇的作用下，丝素蛋白会发生构象转变和结晶，此时RSF纤维发生不可逆的径向和轴向收缩，纤维间孔径尺寸减小。而在支架干燥过程中，RSF纤维会进一步收缩，孔径尺寸再次减小。最终，在RSF纤维的“缩骨”作用下，石墨烯被牢牢地“诱困”在纤维孔隙中，通过物理束缚在丝素纤维支架中形成了三维导电网络结构。

图2.石墨烯网络镶嵌RSF支架的制备原理示意图

研究表明，这种石墨烯网络镶嵌修饰的RSF纤维支架表现除了优异的电性能，其表面电阻最小可达到54.9 ± 20.3 Ω/sq（图3a和b）。在此基础上，研究者们分别将雪旺（SCs）细胞和PC12细胞接种在石墨烯网络镶嵌RSF支架上。结果表明，在该支架上，SCs伸出了较长的细丝状伪足，且在材料表面形成密集的互联网络结构（图3c）；当在支架两侧施加一定电压后，PC12细胞也开始分化，此时细胞轴突数目增多和轴突长度变长（图3d）。

该方法设计巧妙，简单易行，通过调控负载石墨烯的含量，可有效改善复合纤维支架的电性能，所制备的支架在诱导神经细胞分化方面上显示出了较好的潜力，并且有望扩展到其他应用领域，如皮肤电子、可穿戴传感器和电子纺织品等。

图3. （a）不同浸渍时间下的石墨烯网络镶嵌RSF支架的电性能，（b）类似工作的对比，（c）SCs在复合支架上的生长形态，（d）电压刺激下PC12细胞在复合支架上的生长形态

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.03.042