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

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。