三維（3D）納米纖維結構在組織工程和再生醫學領域顯示出巨大的潛力。由于靜電紡絲通常在金屬基板上進行，因此納米纖維結構與復雜的3D非導電基材的集成仍然具有挑戰性。在此，研究者提出將石墨烯納米板-碳納米管-聚二甲基硅氧烷（GCP）復合材料作為在非導電基板上進行3D共形靜電紡絲的收集器。為了制備導電、柔性且可打印的GCP復合收集器，研究人員制備了一種與浸涂和印刷工藝兼容的GCP油墨。使用GCP油墨可以在非導電基板（包括3D基板）上輕松制備GCP復合收集器。通過在聚二甲基硅氧烷（PDMS）和水溶性聚乙烯醇（PVA）基材上浸涂和印刷GCP油墨，去除PVA基材后，分別得到了3D或圖案化GCP-PDMS復合收集器和中空GCP復合收集器。隨后在GCP-PDMS和中空GCP復合收集器上進行靜電紡絲，制備出具有3D耳朵和膝關節軟骨形狀、圖案化對齊結構以及3D血管形狀的空間受控納米纖維墊。最后，在人工耳軟骨植入物的應用中展示了3D納米纖維墊涂層GCP-PDMS復合材料增強的生物相容性和柔性。
圖1.石墨烯納米板（GNP）-碳納米管（CNT）-PDMS（GCP）墨水和GCP復合材料的制備過程示意圖。（a）GCP墨水的制備工藝，（b）用于耳軟骨形GCP復合收集器和NGCP復合材料的耳軟骨形PDMS基板的浸涂工藝。（c）用于條紋圖案GCP復合收集器和空間受控NGCP復合材料的GCP墨水的印刷過程。
圖2.不含（a-（i））和含定向納米纖維墊（a-（ii））的條紋圖案GCP-PDMS復合收集器。在不含（b-（i））和含圖案化納米纖維墊（b-（ii））的GCP-PDMS復合收集器上的“PNU”。3D中空圓柱形（c-（i））和分叉血管納米纖維支架（c-（ii））。無覆蓋（d-（i））和3D納米纖維墊（d-（ii））覆蓋的膝關節軟骨形GCP-PDMS復合收集器。無覆蓋（e-（i））和3D納米纖維墊覆蓋的耳軟骨形GCP-PDMS復合收集器（e-（ii））。所有比例尺均為1cm。（f）沉積納米纖維的直徑分布。
圖3.PDMS（a）、GCP-PDMS復合材料（b）、NGCP-PDMS復合材料（c）和NGCP-PDMS復合材料橫截面（d）的SEM圖像。（d）的插圖：NGCP-PDMS復合材料中納米纖維墊的纖維結構。（a、b和d）的比例尺為100μm，（c）的比例尺為10μm。（e）PDMS、GCP-PDMS復合收集器和NGCP-PDMS復合材料的水接觸角。
圖4.（a）PDMS以及碳納米粒子濃度為3%、5%、10%和15%的GCP復合收集器的薄層電阻。（b）PDMS、碳納米粒子濃度為3%、5%、10%和15%的GCP復合收集器以及鋁收集器上的電紡納米纖維墊。（c）3%和5%GCP復合收集器上的納米纖維墊厚度。比例尺為10μm。（d）每種收集器上納米纖維墊的厚度比較。（e）5%碳納米粒子濃度下薄層電阻隨厚度的變化。
圖5.電場方向與收集器系統（a-（i）），PDMS（a-（ii））、3%（a-（iii））和5%GCP復合材料，以及金屬收集器（a-（iv））的電場模擬。（b）沿PDMS、3%和5%GCP復合材料以及金屬收集器上方假想線的電場（y軸）。（c）沿每個收集器上方的假想線的平均電場（y軸）。
圖6.（a）具有不同碳納米粒子濃度的GCP復合收集器。比例尺為1cm。（b）GCP復合材料的SEM圖像。比例尺為10μm。（c）不同碳納米粒子濃度下的應力-應變曲線。（d）5%碳納米粒子濃度下不同厚度GCP復合材料的應力-應變曲線。
圖7.純PDMS和三種不同PDMS混合比的5%GCP-PDMS的應力-應變曲線（a）和楊氏模量（b）。PDMS混合比為10:1的純PDMS、5%GCP-PDMS和5%NGCP-PDMS的應力-應變曲線（c）和楊氏模量（d）。
圖8.（a）耳軟骨形NGCP-PDMS復合材料。比例尺為1cm。（b）耳軟骨形NGCP-PDMS復合材料的折疊和展開過程。在耳軟骨形NGCP-PDMS復合材料的不同位置上沉積的納米纖維墊的SEM圖像（c）、厚度（d）和納米纖維直徑群體（e）。比例尺為10μm。
圖9.（a）PDMS、GCP-PDMS、NGCP-PDMS和纖連蛋白涂層NGCP-PDMS復合材料的活/死檢測圖像。比例尺為250μm。（b）四種樣品的細胞增殖：PDMS、GCP-PDMS、NGCP-PDMS和纖連蛋白涂層NGCP-PDMS復合材料。（c）2周前后大鼠模型中耳軟骨形NGCP-PDMS復合材料的體內植入圖像。（d）在大鼠模型中皮下植入2周后，PDMS、GCP-PDMS、NGCP-PDMS和纖連蛋白涂層NGCP-PDMS復合材料的H&E染色圖像。比例尺為200μm。
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