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  微環(huán)境中支架維度、剛度、拓撲結(jié)構(gòu)等物理因素，表面功能團修飾等化學因素，以及胞外因子緩控釋等生物因素，決定了干細胞增殖狀態(tài)與分化方向的命運。 

  基于石墨烯和碳納米管的生物材料具有優(yōu)異的生物相容性、突出的導電性以及良好的可操作性和機械穩(wěn)定性，在神經(jīng)電級、組織工程和再生醫(yī)學等領(lǐng)域獲得了較廣泛的應(yīng)用。碳納米管的一維獨特結(jié)構(gòu)使其能夠與細胞形成緊密聯(lián)系從而促進神經(jīng)電信號傳導；三維石墨烯具有優(yōu)異的三維可操作性，可為細胞的生命活動提供良好的三維微環(huán)境。 

  中科院納米-生物界面重點實驗室程國勝研究員團隊一直以來致力于開發(fā)基于碳材料的三維生物支架，模擬體內(nèi)微環(huán)境的復雜性，構(gòu)建神經(jīng)干細胞和原代神經(jīng)元的生長微環(huán)境。該團隊率先提出了三維石墨烯泡沫神經(jīng)支架，經(jīng)過多年努力，對三維石墨烯如何調(diào)控神經(jīng)干細胞增殖、分化、遷移、粘附，進行了深入研究，取得了較系統(tǒng)性研究成果（Scientific Reports, 2013, 3, 1604；2016, 6, 29640; Biomaterials, 2013，34, 6402；2014, 35, 6930；ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8, 25069；2016, 8, 34227）。 

  三維石墨烯生物學特性與其結(jié)構(gòu)和尺寸緊密聯(lián)系，通過控制三維石墨烯的結(jié)構(gòu)和尺寸，能夠有效調(diào)控其性質(zhì)，以滿足不同的應(yīng)用需求。該團隊利用微納加工技術(shù)的可控性，采用光刻、電鍍、退火、化學氣相沉積等方法獲得了形狀和尺寸均一的“量身定制”三維石墨烯支架（Advanced Functional Materials, 2015, 25, 6165, inside cover）。在此工作基礎(chǔ)上，在三維石墨烯的底部設(shè)計了二維石墨烯薄膜，利用化學氣相沉積法構(gòu)建了三維-二維石墨烯復合支架，將其作為神經(jīng)支架，底部二維石墨烯薄膜能夠為神經(jīng)細胞在孔隙間的有效跨越提供支撐，更好地模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。此外，該復合支架的形狀和尺寸精確可控，通過改變支架寬度可調(diào)控神經(jīng)祖細胞的定向分化行為，該研究結(jié)果近期發(fā)表于Carbon, 2019, 145, 90。 

Advanced Materials雜志內(nèi)封面介紹文字及配圖

  最近，程國勝研究員團隊通過與意大利國際高等研究院（SISSA）合作，成功構(gòu)建了“互聯(lián)互通”三維石墨烯-碳納米管復合網(wǎng)絡(luò)支架。這種三維碳復合材料成功克服了傳統(tǒng)三維石墨烯泡沫空隙過大的缺點，同時真正意義上實現(xiàn)了碳納米管三維空間網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。碳納米管在石墨烯表面的原位生長，使得復合支架具有優(yōu)異的導電性和機械穩(wěn)定性，實現(xiàn)了碳納米管和石墨烯的三維幾何，機械和電學互聯(lián)互通。利用這種復合支架培養(yǎng)原代大腦皮層神經(jīng)元，其能更好地模擬大腦皮層的復雜性。將腦膠質(zhì)瘤細胞種植在構(gòu)建的大腦皮層模型中，利用先進的成像和分析技術(shù)，系統(tǒng)研究了單膠質(zhì)瘤細胞在三維空間上的速度分步，成功構(gòu)建了腦膠質(zhì)瘤的運動模型。對于新型藥物的篩選以及進一步的精準醫(yī)療具有重要意義。目前該工作以內(nèi)封面發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials, 2018, 30, 1806132, inside cover）。Wiley旗下Advanced Science News對該工作進行了重點視頻報道 

(https://www.advancedsciencenews.com/mimicking-brain-connectivity-with-a-graphene-carbon-nanotube-web-video/)。騰訊視頻也對該視頻進行了同步報道。 

  這些研究進展得到了“干細胞研究”國家重大科學研究計劃（2014CB965000）、國家自然科學基金委國際合作重點專項（51361130033）、江蘇省重點研發(fā)計劃（BE2017665）等項目資助，并得到了蘇州納米所分析測試與加工平臺的大力支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.201806132