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斯蒂文斯理工学院王红军团队《AM》:以电之名,连导再生!三维导电仿生支架引导类神经网络的形成

时间:2026-02-10 13:53:08
斯蒂文斯理工学院王红军团队《AM》:以电之名,连导再生!三维导电仿生支架引导类神经网络的形成
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斯蒂文斯理工学院王红军教授团队在《Advanced Materials》发表研究,通过近场静电打印(NFEP)技术结合氧化石墨烯(GO)/还原氧化石墨烯(rGO)涂层,开发出一种三维导电仿生支架,成功引导类神经网络的形成。以下是研究的核心内容:研究背景与目标神经组织工程挑战:传统导电材料难以同时满足高导电性和复杂拓扑结构的需求,限制了神经再生和类神经网络的形成。研究目标:构建一种兼具高导电性和可控拓扑结构的三维支架,模拟体内电学微环境,引导神经干细胞和原代神经元的定向生长。关键技术与创新近场静电打印(NFEP)技术:优势:突破传统3D打印技术精度限制,可控制纤维直径在15-148 μm,匹配神经细胞尺寸(~10 μm)。功能:快速高效制造复杂三维结构支架,为神经细胞提供定向生长的物理引导。氧化石墨烯(GO)/还原氧化石墨烯(rGO)涂层:材料选择:利用GO的易加工性和rGO的高导电性,通过层层组装(L-B-L)和原位还原技术对支架进行涂层。效果:实现支架的高导电性(rGO涂层)与复杂拓扑结构(NFEP打印)的协同作用。实验设计与结果支架参数优化:纤维直径:测试15-150 μm范围内不同直径对神经细胞生长的影响,发现最佳直径可显著促进神经突取向性生长。纤维角度:研究45-90度叠加角度对神经元分化的影响,结果显示角度差异对分化影响不显著。复杂结构:开发蜘蛛网状和三维轴向管状支架,验证其在电刺激下引导神经突沿轴向生长的能力。电刺激(ES)作用:最佳条件:在100-150 mV/cm电场强度下,神经元细胞沿导电支架形成类神经网络。细胞类型:使用原代小鼠海马神经元和大鼠嗜铬细胞瘤细胞系(PC-12细胞)进行验证,结果一致。研究意义与应用前景神经再生领域:提供了一种可定制化的三维导电支架,通过调控纤维直径和拓扑结构,精准引导神经网络形成。为新型神经导管的设计提供了新思路,有望用于周围神经损伤修复和中枢神经系统再生。技术扩展性:NFEP技术与GO/rGO涂层的结合策略,可推广至其他电敏感组织(如心脏、肌肉)的再生医学研究。支持复杂组织工程支架的快速制造,推动个性化医疗发展。研究团队与论文信息通讯作者:斯蒂文斯理工学院王红军教授。共同第一作者:东华大学王娟博士、斯蒂文斯理工学院王皓宇博士生。参与者:东华大学莫秀梅教授。论文标题:Reduced Graphene Oxide-encapsulated Microfiber Patterns Enable Controllable Formation of Neuronal-like Networks。论文链接:Advanced Materials。总结该研究通过材料创新(GO/rGO涂层)与制造技术突破(NFEP)的结合,成功构建了高导电性三维仿生支架,为神经组织工程和再生医学提供了重要工具。其可定制化设计和广泛适用性,标志着神经修复领域向精准医疗迈出了关键一步。
时间:2026-02-10 13:53:15
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