细菌纤维素(BC)是由特定微生物分泌的纤维素纳米纤维(30-80 nm),具有高结晶度(达95%)、高聚合度(DP值2000-8000)、超精细网状结构、高弹性模量和高抗张强度、可调控性、很强的持水能力、良好的柔性、生物相容性及生物可降解性等特点。这些优异的性能使细菌纤维素在生物医用领域具有广阔的应用前景,尤其有望成为一种优异的柔性组织界面材料。然而,BC纳米纤维组分单一,难以满足组织工程领域对材料性质的多样性需求,特别地,BC的生物电活性差,无法用于电活性的组织工程材料领域。近年来,柔性神经电极为神经系统疾病的治疗提供了新的技术手段,因此,开发出高生物电活性的柔性纳米材料在组织工程领域具有十分重要的应用价值。本文研究了BC基的柔性电活性组织工程材料的改性和复合方法,探讨导电复合材料的微观结构特点和理化性质,探索了柔性复合材料的电刺激细胞行为和电控药物释放规律:结果表明,BC基导电复合材料同时具有纳米结构和三维网络特点,能为组织工程中细胞生长和营养物质的快速传输提供足够空间,既能通过纳米结构效应调控细胞生长状况,又可通过其优良的电活性和柔韧特性施加电刺激,调控细胞行为,有望进一步用于电刺激组织治疗,加速组织修复,为发展新型柔性神经电极提供了良好的技术和理论支持。具体内容如下:(1)细菌纤维素/导电聚合物复合材料的制备及其电极-细胞界面性能研究以无水三氯化铁为氧化剂,通过导电聚合物单体在细菌纤维素纳米纤维表面原位聚合制备三维细菌纤维素/聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(BC/PEDOT)纳米复合材料。首先以在BC纳米纤维表面均匀包覆PEDOT导电层的方式,制备电性能可控、结构可调的三维纳米导电纤维。之后通过MTT测试、细胞死活染色和免疫荧光化学等细胞毒性实验证实了所制备的材料具有良好的生物相容性,同时PC12细胞的钙荧光成像实验证实了其在电极-细胞界面良好的电活性。因此,所制备的三维BC/PEDOT纳米纤维在神经修复、植入生物传感、微电子器件和电控药物释放等组织工程领域具有广阔的的应用前景。(2)PSS掺杂的BC/PEDOT导电纳米材料的制备及其生物相容性评价以聚苯乙烯磺酸钠(PSS)掺杂的方式研究PSS掺杂对BC/PEDOT电性能、机械性能和生物相容性的影响。所制备的导电复合材料以BC为软模板,PEDOT为导电包覆层,PSS为离子掺杂剂,制备过程简单可控,并且其结构、尺寸和电导率可以很容易的由聚合时间和温度以及PSS掺杂量来控制。采用傅里叶变换红外光谱、热重分析和X射线光电子能谱等对材料的化学结构进行了表征,利用扫描电子显微镜观察了其三维微观形态。我们在BC/PEDOT/PSS纳米纤维上培育间充质干细胞,并研究其增殖和细胞形态学方面的变化。结果表明,合适剂量PSS掺杂的BC/PEDOT纳米纤维有良好的生物相容性。该材料通过在材料与细胞之间提供一个很好的三维微环境来促进细胞的生长,有望成为一种优良的电活性组织工程材料。(3)GO修饰的BC/PEDOT导电纳米材料的制备及细胞表界面性能研究通过氧化石墨烯(GO)在BC/PEDOT纳米纤维上静电吸附的方式构筑了一种新型的组织工程生物表界面。结果表明,在增强材料的弹性以及柔性的同时,GO能作为BC复合纳米纤维的一种有效修饰成分,进一步增强了电流对PC12细胞的刺激效果。基于其独特的纳米片层结构特点和表面具有的丰富羧基和羟基等富氧官能团,所构筑的BC/PEDOT/GO复合膜具有较好的化学活性。本研究证实该BC/PEDOT/GO复合材料能有效调节细胞取向和促进细胞分化,因而其在生物医用和再生医药等领域具有较好的潜在应用价值。(4)细菌纤维素/导电聚合物杂化微纤维的制备及其用于电控药物释放和细胞培养借助微流共纺装置和一步浸涂的方式制备了 BC/PEDOT导电核壳微纤维。该微纤维具有可控的几何形貌和规整的微观结构,表现出了增强的机械性能。之后我们以双氯芬酸钠为药物模型的方式研究该导电微纤维在电刺激下对药物的释放行为。研究结果证明药物在电刺激下能加速释放,且速度可控。以PC12细胞为模型细胞,发现该材料具有优异的生物相容性和电活性。因此,该BC/PEDOT杂化微纤维在神经修复、血管再生、肌肉重构等生物技术和生物医药领域具有广泛的潜在应用价值。(5)细菌纤维素/石墨烯三维仿生支架的制备及用于神经干细胞增殖研究通过在微生物发酵的过程中加入三维石墨烯材料的方法制备细菌纤维素/石墨烯(3D-G/BC)三维导电复合材料,用于神经干细胞的培养。三维石墨烯通过化学气相沉积法制备,在复合材料中起骨架作用,能为细胞的生长分化提供良好的空间,复合材料中BC纳米纤维可模拟细胞外基质,促进干细胞的增殖。结果表明,所制备的复合材料显著促进神经干细胞的增殖。通过在所制材料上的分化神经干细胞电刺激实验,发现3D-G/BC能够和神经细胞形成良好电耦合,通过石墨烯传递的电脉冲能够诱导细胞内钙离子浓度显著变化。因此,该材料有望成为一种潜在的神经支架材料。综上所述,我们研究了 BC基柔性导电复合材料的制备方法,并评估了其作为生物电极在对细胞行为的影响,结果证明其有望成为一种新型的柔性神经界面材料,在神经修复、血管再生、肌肉重构等生物技术和生物医药领域具有广泛的潜在应用价值。