『』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。

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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。