三维（3D）纳米纤维结构在组织工程和再生医学领域显示出巨大的潜力。由于静电纺丝通常在金属基板上进行，因此纳米纤维结构与复杂的3D非导电基材的集成仍然具有挑战性。在此，研究者提出将石墨烯纳米板-碳纳米管-聚二甲基硅氧烷（GCP）复合材料作为在非导电基板上进行3D共形静电纺丝的收集器。为了制备导电、柔性且可打印的GCP复合收集器，研究人员制备了一种与浸涂和印刷工艺兼容的GCP油墨。使用GCP油墨可以在非导电基板（包括3D基板）上轻松制备GCP复合收集器。通过在聚二甲基硅氧烷（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，分别得到了3D或图案化GCP-PDMS复合收集器和中空GCP复合收集器。随后在GCP-PDMS和中空GCP复合收集器上进行静电纺丝，制备出具有3D耳朵和膝关节软骨形状、图案化对齐结构以及3D血管形状的空间受控纳米纤维垫。最后，在人工耳软骨植入物的应用中展示了3D纳米纤维垫涂层GCP-PDMS复合材料增强的生物相容性和柔性。
图1.石墨烯纳米板（GNP）-碳纳米管（CNT）-PDMS（GCP）墨水和GCP复合材料的制备过程示意图。（a）GCP墨水的制备工艺，（b）用于耳软骨形GCP复合收集器和NGCP复合材料的耳软骨形PDMS基板的浸涂工艺。（c）用于条纹图案GCP复合收集器和空间受控NGCP复合材料的GCP墨水的印刷过程。
图2.不含（a-（i））和含定向纳米纤维垫（a-（ii））的条纹图案GCP-PDMS复合收集器。在不含（b-（i））和含图案化纳米纤维垫（b-（ii））的GCP-PDMS复合收集器上的“PNU”。3D中空圆柱形（c-（i））和分叉血管纳米纤维支架（c-（ii））。无覆盖（d-（i））和3D纳米纤维垫（d-（ii））覆盖的膝关节软骨形GCP-PDMS复合收集器。无覆盖（e-（i））和3D纳米纤维垫覆盖的耳软骨形GCP-PDMS复合收集器（e-（ii））。所有比例尺均为1cm。（f）沉积纳米纤维的直径分布。
图3.PDMS（a）、GCP-PDMS复合材料（b）、NGCP-PDMS复合材料（c）和NGCP-PDMS复合材料横截面（d）的SEM图像。（d）的插图：NGCP-PDMS复合材料中纳米纤维垫的纤维结构。（a、b和d）的比例尺为100µm，（c）的比例尺为10µm。（e）PDMS、GCP-PDMS复合收集器和NGCP-PDMS复合材料的水接触角。
图4.（a）PDMS以及碳纳米粒子浓度为3%、5%、10%和15%的GCP复合收集器的薄层电阻。（b）PDMS、碳纳米粒子浓度为3%、5%、10%和15%的GCP复合收集器以及铝收集器上的电纺纳米纤维垫。（c）3%和5%GCP复合收集器上的纳米纤维垫厚度。比例尺为10µm。（d）每种收集器上纳米纤维垫的厚度比较。（e）5%碳纳米粒子浓度下薄层电阻随厚度的变化。
图5.电场方向与收集器系统（a-（i）），PDMS（a-（ii））、3%（a-（iii））和5%GCP复合材料，以及金属收集器（a-（iv））的电场模拟。（b）沿PDMS、3%和5%GCP复合材料以及金属收集器上方假想线的电场（y轴）。（c）沿每个收集器上方的假想线的平均电场（y轴）。
图6.（a）具有不同碳纳米粒子浓度的GCP复合收集器。比例尺为1cm。（b）GCP复合材料的SEM图像。比例尺为10µm。（c）不同碳纳米粒子浓度下的应力-应变曲线。（d）5%碳纳米粒子浓度下不同厚度GCP复合材料的应力-应变曲线。
图7.纯PDMS和三种不同PDMS混合比的5%GCP-PDMS的应力-应变曲线（a）和杨氏模量（b）。PDMS混合比为10:1的纯PDMS、5%GCP-PDMS和5%NGCP-PDMS的应力-应变曲线（c）和杨氏模量（d）。
图8.（a）耳软骨形NGCP-PDMS复合材料。比例尺为1cm。（b）耳软骨形NGCP-PDMS复合材料的折叠和展开过程。在耳软骨形NGCP-PDMS复合材料的不同位置上沉积的纳米纤维垫的SEM图像（c）、厚度（d）和纳米纤维直径群体（e）。比例尺为10µm。
图9.（a）PDMS、GCP-PDMS、NGCP-PDMS和纤连蛋白涂层NGCP-PDMS复合材料的活/死检测图像。比例尺为250µm。（b）四种样品的细胞增殖：PDMS、GCP-PDMS、NGCP-PDMS和纤连蛋白涂层NGCP-PDMS复合材料。（c）2周前后大鼠模型中耳软骨形NGCP-PDMS复合材料的体内植入图像。（d）在大鼠模型中皮下植入2周后，PDMS、GCP-PDMS、NGCP-PDMS和纤连蛋白涂层NGCP-PDMS复合材料的H&E染色图像。比例尺为200µm。
