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[]石墨烯血管，真的可行么？


本文来自微信公众号：X-MOLNews
石墨烯和我们的距离 ， 真的越来越近了 。 且不说学术界每年数以万计的论文、动辄上千万上亿的研究经费 ， 就连我们的衣食住行中 ， 已经能看到石墨烯的影子 。 打开万能的某宝 ， 输入“石墨烯”就可以搜到千奇百怪的商品 ， 绝对可以满足你的想象力 。
[]石墨烯血管，真的可行么？
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石墨烯内衣 。 图片来源：某宝
先不说这些商品里含有的到底是不是真正的石墨烯 ， 也不说商家宣传的各种神奇功效到底有没有数据支持 ， 这些至少能或多或少地反映大众对石墨烯这种神奇材料的期待 。
实际上 ， 在严谨的科研领域 ， 学者们也一直在探索石墨烯的更多可能应用 。 比如 ， 你能想象石墨烯用于人造血管的3D打印么？近日 ， 英国伦敦玛丽女王大学Alvaro Mata等研究者在Nature Communications 杂志上发表论文 ， 报道了一种无序蛋白质和氧化石墨烯（GO）的共组装体系 ， 该体系可以通过类似3D生物打印的方式 ， 组成毛细血管状结构 ， 具有血管组织的某些生理特性 ， 并有望应用于在实验室中仿制人体组织和器官的关键部位 。
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自组装血管状结构 。 图片来源：Nat. Commun.
GO具有丰富的含氧官能团（羟基、烷氧基、羰基和羧基） ， 自身经常呈负电性 ， 因此可以促进与不同分子之间——尤其是带正电性的分子之间——相互作用 。 研究者选择与氧化石墨烯相互作者的是一种无序蛋白质——弹性蛋白样重组体（elastin-like recombinamers, ELRs） ， 这是一类基于天然弹性蛋白基序Val-Pro-Gly-X-Gly（VPGXG ， 其中X可以是脯氨酸以外的任何氨基酸）重组产生的弹性蛋白样多肽 。 以往研究表明 ， 这些多肽分子随着温度的变化呈现不同的分子构象 ， 能够表现出可逆的相变 ， 并已经被用于制造生物相容性材料 。 本文涉及的三种ELRs如下图a所示 。
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分子构建和共组装原理 。 图片来源：Nat. Commun.
有趣的是 ， 当ELK1溶液滴入GO溶液时 ， 在液滴周围界面处 ， 可以形成厚度为~50 μm的多层膜 ， 该膜便是由ELK1和GO通过电荷相互作用自组装而成 。 那么 ， 随着注射器一边注入ELK1溶液 ， 一边移动 ， 就可以形成一条管状的结构 ， 其内径大小由注射针头的尺寸决定 。 该体系可以在存在细胞的培养基中 ， 通过协同自组装形成毛细血管状结构 ， 细胞可以嵌入管壁内和管壁上 。
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ELK1-GO的自组装、结构和性能 。 图片来源：Nat. Commun.
如果将ELK1溶液当做“墨水”放入挤压式3D打印机中 ， 就可以在GO溶液里自由的“打印”不同形状的管状结构了 。 于是 ， 研究者打印出不同内径、不同尺寸、不同扭转角度和不同分叉的管状结构 ， 可以承受高达12.5 ?mL/min的水流至少24? h ， 最高流量将产生0.26? N/m2的剪应力 ， 这与颈总动脉产生的平均剪应力（0.7?N/m2）相差不大 。
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图片来源：Nat. Commun.
既然自组装的原因来自分子尺度上ELK1和GO强烈的相互作用 ， 因此 ， 二者的溶液浓度肯定会影响所形成管状结构的性能 。 研究发现 ， 当二者浓度比在15~40时 ， 相互作用表现的最强烈 ， 于是在“打印”过程中 ， ELK1浓度保持在2% ， 而GO浓度选择为0.05%、0.10%和0.15% 。 正如预期的那样 ， 随着GO浓度的增加 ， 管状结构的强度、断裂应变和韧性都有所增加 。 而利用0.10%的GO溶液制备的管状结构的弹性模量最高 。


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