導電性、細胞引導的表面拓撲結構和生物材料的藥物儲存能力是修復和再生具有電敏感性的各向異性組織(如神經)的有吸引力的特性。然而，設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性。在此，我們通過簡單的模板方法開發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部空心結構。形貌結果表明，模板微槽寬度和石墨烯納米片尺寸是表征空心結構形成的重要指標。通過對形成過程的實時監測和理論分析，發現石墨烯納米片的主要形成機制是由蒸發誘導的毛細力引發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，實現了負載微粒子的可控釋放，并促進了大鼠背根神經節神經元的定向。這種由毛細管誘導的自組裝策略為開發具有中空結構的高性能石墨烯微圖膜鋪平了道路，在神經損傷修復方面具有潛在的臨床應用潛力。
圖1.通過結合PDMS模板和毛細管誘導的自組裝制備具有中空結構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，通過結合PDMS模板和蒸發誘導的毛細管力制備HM GO膜，最后通過HI還原來穩定結構。（b，c）具有微槽（b）和正方形（c）的HM rGO膜的俯視圖和側視圖的典型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的SEM和亮場圖像。
圖3.中空結構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）在中空結構形成過程中，水蒸發的毛細管附著力（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圖像從底部到側面形成完整的中空結構。隨著時間的推移，熒光標記的GO出現在PDMS微槽的側面。（g） 毛細管附著力誘導GO膜粘附到PDMS微槽側面的過程示意圖。（h） rGO微槽的中空結構內部的SEM圖像。拓撲結構的取向反映了GO納米片形成中空結構的沉積過程。
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膜的應變曲線。（g） 干GO膜和濕GO膜的模量。
圖5.具有中空結構的rGO薄膜作為藥物庫和用于引導神經細胞生長的基質。（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神經元培養的ES裝置的示意圖。（f） 在有或沒有ES的不同基質上培養的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ES和排列的微槽的定向排列程度的分析。
相關研究成果由北京航空航天大學Linhao Li和Yubo Fan等人2023年發表在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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
