浙江理工大学冯建永在柔性导电纤维材料的研究方面取得新进展

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周围神经损伤是一种常见且严重的疾病，每年大概有2.8%的患者受到周围神经损伤的困扰，严重影响患者生活质量。利用生物导电纤维支架可以增强电刺激和信号传输，对神经细胞的增殖和分化有重要影响，诱导细胞沿着纤维轴向进行方向性迁移，对促进轴突生长及周围神经再生具有非常重要的意义。

制备柔性导电材料并提到电导率是提高组织再生效果的理想神经支架新策略。本研究构建柔性导电纤维支架，采用碱脱胶方法对蚕丝织物进行脱胶处理，通过“浸渍-干燥-还原”的方法制备氧化石墨烯（RGO）/蚕丝（silk）针织物，再利用苯胺原位聚合方法获得RGO/聚苯胺（PANI）/ silk针织物，获得不同浓度还原型RGO与PANI在蚕丝织物上的静电自组装针织支架（图1）。

图1. 高导电弹性纤维支架的制备过程

随着ANI浓度的增加，RGO/ silk针织物表面沉积的PANI颗粒增多。在ANI浓度相同的情况下，随着GO浓度的增加，粒径增大，表面出现褶皱，且高浓度GO比低浓度GO更易出现团聚和表面颗粒沉积不均匀现象。PANI和RGO在织物表面的静电自组装，提高了PANI颗粒的分布均匀性，改善了单独的RGO和PANI薄膜的低吸附、不均匀、不连续性，在织物表面形成连续的协同增强复合导电层，显著提高导电性（图2）。

图2. 蚕丝针织物的光学显微镜图片(A)-(B)、不同浓度的ANI原位聚合(C)、不同比例的RGO/PANI/silk针织支架(D)、FT-IR(E)

GO浓度为0.5/1/1.5 g/L时，电阻随ANI浓度增加呈现先减小再增大再减小的趋势，且GO浓度为1 g/L时，电阻比其他五组更小，导电性能最好（GO = 1 g/L，ANI = 0.6 mol/L时，导电性能最佳，图3）。证明RGO、PANI的协同作用能增强织物的导电性能使其电学性能较传统原位聚合更加优异。采用普通缝合线缝合后不会影响RGO/PANI/silk针织支架的电阻，具有稳定导电效果。

图3. (A)电阻与GO 及ANI 浓度的关系，(B) 电阻变化，GO=0.5/1/1.5 g/L, ANI=0.2-1.2 mol/L， (C) 电阻波动曲线，(D) 导电发光，6V电压，(E) 支架缝合前后导电发光

在平铺、折叠和扭曲三种不同状态下，直流电源的输出电流没有任何改变，针织物特有的线圈结构使得该导电支架具有一定的柔性，表明物理形变对织物的电阻影响不大。在PBS中，蚕丝针织物的质量几乎不变，而RGO/PANI/silk针织支架的质量有较明显的变化，其中随着ANI浓度升高，织物的质量变化增加，在第21天，RGO/PANI/silk针织支架的降解率分别为9.22%、10.54%、12.52%，织物降解速率相对较慢，具有良好稳定性。在桌面上，无论干湿状态，GO和ANI处理前后织物温度变化不大。在手掌上，随着ANI浓度的升高，干态下织物的温度有所升高，湿态下织物温度没有明显的变化，表明在人体内织物具有较好的热定性（图4）。

图4. (A)RGO/PANI/silk针织支架在PBS中的降解情况，(B) RGO/PANI/silk针织支架在手掌和桌面上的热成像图

上述研究工作“Fabrication of A Highly Conductive Silk Knitted Composite Scaffold by Two-step Electrostatic Self-assembly For Potential Peripheral Nerve Regeneration”发表在ACS Applied Materials & Interfaces杂志上(doi: 10.1021/acsami.9b22088)。论文的第一作者为浙江理工大学2017级硕士生孟晨洁，唯一通讯作者为浙江理工大学纺织工程系冯建永博士。制备的高导电及稳定信号传输柔性纤维材料对应用于智能穿戴、电子皮肤领域有一定的借鉴意义。近年来，该课题组在多尺度、多结构、多功能纤维材料研究方面进行了积极探索。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsami.9b22088

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