导电性、细胞引导的表面拓扑结构和生物材料的药物储存能力是修复和再生具有电敏感性的各向异性组织(如神经)的有吸引力的特性。然而，设计和制造具有所有这些功能的植入式生物材料仍然具有挑战性。在此，我们通过简单的模板方法开发了具有微图案表面的独立石墨烯衬底。重要的是，凸起的表面微图案具有内部空心结构。形貌结果表明，模板微槽宽度和石墨烯纳米片尺寸是表征空心结构形成的重要指标。通过对形成过程的实时监测和理论分析，发现石墨烯纳米片的主要形成机制是由蒸发诱导的毛细力引发的石墨烯纳米片的分层和层间运动。最后，我们通过在空心微图案上施加电场，实现了负载微粒子的可控释放，并促进了大鼠背根神经节神经元的定向。这种由毛细管诱导的自组装策略为开发具有中空结构的高性能石墨烯微图膜铺平了道路，在神经损伤修复方面具有潜在的临床应用潜力。
图1.通过结合PDMS模板和毛细管诱导的自组装制备具有中空结构的独立石墨烯微图案膜。（a） HM rGO膜的制备过程包括通过真空过滤制备GO膜，通过光刻制备PDMS模板，通过结合PDMS模板和蒸发诱导的毛细管力制备HM GO膜，最后通过HI还原来稳定结构。（b，c）具有微槽（b）和正方形（c）的HM rGO膜的俯视图和侧视图的典型SEM图像。
图2:具有不同微槽宽度（a）20、（b）50和（c）100μm的HM rGO薄膜的表面和横截面形态的SEM和亮场图像。
图3.中空结构微图案形成的机理分析。（a） 通过CLSM实时观察异硫氰酸荧光素（FITC）标记的GO在PDMS微槽底部沉积过程的方法示意图。直到最终成型的观察时间为3小时。（b）实时记录PDMS微槽底部绿色荧光的CLSM图像。（c） 60秒以上单个微槽形成过程的CLSM图像（d）在中空结构形成过程中，水蒸发的毛细管附着力（Fc）与湿和干GO膜的静压力（Fs）之间的平衡关系示意图。（e） 在毛细管力作用下分离湿GO膜和干GO膜的下拉过程示意图。（f） CLSM图像从底部到侧面形成完整的中空结构。随着时间的推移，荧光标记的GO出现在PDMS微槽的侧面。（g） 毛细管附着力诱导GO膜粘附到PDMS微槽侧面的过程示意图。（h） rGO微槽的中空结构内部的SEM图像。拓扑结构的取向反映了GO纳米片形成中空结构的沉积过程。
图4. 下拉层的厚度以及湿和干GO膜的机械性能的表征。（a） 从下拉层获得rGO带的示意图。（b） rGO带的亮场图像拉下了层。（c） 用于测量GO膜厚度的rGO带的白光干涉图像。（d） rGO带不同位置的厚度变化。（e） 来自具有不同宽度的微图案的rGO带的平均厚度。（f） 干GO膜和湿GO膜的应变曲线。（g） 干GO膜和湿GO膜的模量。
图5.具有中空结构的rGO薄膜作为药物库和用于引导神经细胞生长的基质。（a） 通过真空抽吸法装载PS微粒的HM rGO膜的示意图。（b） 负载0.5微米微粒的HM rGO薄膜的SEM图像。（c） 电场对HM rGO薄膜药物释放的影响示意图。（d） 在0、1.5和3V直流电压下100小时，电场方向垂直于微槽的方向，PS微粒从HM rGO膜的控制释放曲线。（e） 用于大鼠DRG神经元培养的ES装置的示意图。（f） 在有或没有ES的不同基质上培养的DRG细胞的β-微管蛋白染色的荧光图像。插图代表ES方向和微图案排列。（g） DRG细胞响应ES和排列的微槽的定向排列程度的分析。
相关研究成果由北京航空航天大学Linhao Li和Yubo Fan等人2023年发表在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。
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