導(dǎo)電性、細胞引導(dǎo)的表面拓撲結(jié)構(gòu)和生物材料的藥物儲存能力是修復(fù)和再生具有電敏感性的各向異性組織(如神經(jīng))的有吸引力的特性。然而，設(shè)計和制造具有所有這些功能的植入式生物材料仍然具有挑戰(zhàn)性。在此，我們通過簡單的模板方法開發(fā)了具有微圖案表面的獨立石墨烯襯底。重要的是，凸起的表面微圖案具有內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)。形貌結(jié)果表明，模板微槽寬度和石墨烯納米片尺寸是表征空心結(jié)構(gòu)形成的重要指標(biāo)。通過對形成過程的實時監(jiān)測和理論分析，發(fā)現(xiàn)石墨烯納米片的主要形成機制是由蒸發(fā)誘導(dǎo)的毛細力引發(fā)的石墨烯納米片的分層和層間運動。最后，我們通過在空心微圖案上施加電場，實現(xiàn)了負載微粒子的可控釋放，并促進了大鼠背根神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元的定向。這種由毛細管誘導(dǎo)的自組裝策略為開發(fā)具有中空結(jié)構(gòu)的高性能石墨烯微圖膜鋪平了道路，在神經(jīng)損傷修復(fù)方面具有潛在的臨床應(yīng)用潛力。
圖1.通過結(jié)合PDMS模板和毛細管誘導(dǎo)的自組裝制備具有中空結(jié)構(gòu)的獨立石墨烯微圖案膜。（a） HM rGO膜的制備過程包括通過真空過濾制備GO膜，通過光刻制備PDMS模板，通過結(jié)合PDMS模板和蒸發(fā)誘導(dǎo)的毛細管力制備HM GO膜，最后通過HI還原來穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。（b，c）具有微槽（b）和正方形（c）的HM rGO膜的俯視圖和側(cè)視圖的典型SEM圖像。
圖2:具有不同微槽寬度（a）20、（b）50和（c）100μm的HM rGO薄膜的表面和橫截面形態(tài)的SEM和亮場圖像。
圖3.中空結(jié)構(gòu)微圖案形成的機理分析。（a） 通過CLSM實時觀察異硫氰酸熒光素（FITC）標(biāo)記的GO在PDMS微槽底部沉積過程的方法示意圖。直到最終成型的觀察時間為3小時。（b）實時記錄PDMS微槽底部綠色熒光的CLSM圖像。（c） 60秒以上單個微槽形成過程的CLSM圖像（d）在中空結(jié)構(gòu)形成過程中，水蒸發(fā)的毛細管附著力（F
c）與濕和干GO膜的靜壓力（F
s）之間的平衡關(guān)系示意圖。（e） 在毛細管力作用下分離濕GO膜和干GO膜的下拉過程示意圖。（f） CLSM圖像從底部到側(cè)面形成完整的中空結(jié)構(gòu)。隨著時間的推移，熒光標(biāo)記的GO出現(xiàn)在PDMS微槽的側(cè)面。（g） 毛細管附著力誘導(dǎo)GO膜粘附到PDMS微槽側(cè)面的過程示意圖。（h） rGO微槽的中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部的SEM圖像。拓撲結(jié)構(gòu)的取向反映了GO納米片形成中空結(jié)構(gòu)的沉積過程。
圖4. 下拉層的厚度以及濕和干GO膜的機械性能的表征。（a） 從下拉層獲得rGO帶的示意圖。（b） rGO帶的亮場圖像拉下了層。（c） 用于測量GO膜厚度的rGO帶的白光干涉圖像。（d） rGO帶不同位置的厚度變化。（e） 來自具有不同寬度的微圖案的rGO帶的平均厚度。（f） 干GO膜和濕GO膜的應(yīng)變曲線。（g） 干GO膜和濕GO膜的模量。
圖5.具有中空結(jié)構(gòu)的rGO薄膜作為藥物庫和用于引導(dǎo)神經(jīng)細胞生長的基質(zhì)。（a） 通過真空抽吸法裝載PS微粒的HM rGO膜的示意圖。（b） 負載0.5微米微粒的HM rGO薄膜的SEM圖像。（c） 電場對HM rGO薄膜藥物釋放的影響示意圖。（d） 在0、1.5和3V直流電壓下100小時，電場方向垂直于微槽的方向，PS微粒從HM rGO膜的控制釋放曲線。（e） 用于大鼠DRG神經(jīng)元培養(yǎng)的ES裝置的示意圖。（f） 在有或沒有ES的不同基質(zhì)上培養(yǎng)的DRG細胞的β-微管蛋白染色的熒光圖像。插圖代表ES方向和微圖案排列。（g） DRG細胞響應(yīng)ES和排列的微槽的定向排列程度的分析。
相關(guān)研究成果由北京航空航天大學(xué)Linhao Li和Yubo Fan等人2023年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (https://doi.org/10.1021/acsami.3c04217)上。原文：Graphene Hollow Micropatterns via Capillarity-Driven Assembly for Drug Storage and Neural Cell Alignment。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
