DOI：10.1088/1758-5090/ab5385

尽管工程水凝胶作为各种生物医学应用的平台得到了广泛的应用，但在模拟天然细胞微环境的同时，赋予水凝胶多功能性和控制其物理性质仍然是一项重大的挑战。本文首先采用静电纺丝法制备了由亲水性和光交联的生物高聚物和导电聚合物（即PEDOT：PSS）组成的纳米纤维，将其切割成微米长，然后进行化学交联，以制备可分散的杂化纳米纤维（dhNF），作为开发纳米复合水凝胶的异质增强元件。dhNF可以很容易地分散在水性前驱体溶液中而无需溶解，并结合到水凝胶中。所得的由分子和纳米纤维聚合物网络组成的“异性”dhNF注入水凝胶更类似于天然的细胞外基质，并通过dhNF浓度以及dhNF中的PEDOT：PSS含量表现出对dhNF机械强度和导电性的显著改善。这些特性不仅直接有助于提高封装细胞的活性和增殖，而且更有效地传递由增强的导电性介导的外部电刺激。

图1.可分散杂化纳米纤维（dhNF）注入复合水凝胶的制备示意图。采用静电纺丝法（a）制备了由生物活性和导电聚合物组成的杂化纳米纤维，将其切割成微米级的长度，并通过碳二亚胺偶联交联制备了dhNF（b）。最后，将dhNF分散的凝胶前驱体溶液交联成dhNF水凝胶（c）。

图2.（a）不同时间超声切割短纳米纤维的扫描电镜图像。该图表示短纳米纤维的平均长度和超声时间（比例尺：10μm）。（b）短纳米纤维通过碳二亚胺偶联共价交联，以使其分散在水溶液中而不会溶解。没有交联的纳米纤维很容易溶解。

图3.（a）宏观图像，（b）不同dhNF浓度和PEDOT：PSS含量的dhNF水凝胶的弹性模量，以及（c）溶胀率（*p＜0.05，n=6）。

图4.（a）具有不同dhNF浓度的dhNF-水凝胶的SEM图像（比例尺：5μm）。（b）具有不同dhNF长度的dhNF-水凝胶的弹性模量（E）和（c）溶胀比（Q）（G100P0，1％）（*p＜0.05，n=6）。（b）改变dhNF浓度（在G97.0P2.5时）和（c）PEDOT：PSS含量（在2％dhNF时）对dhNF水凝胶的阻抗。

图5.（a）封装在dhNF-水凝胶中的间充质干细胞的荧光显微图像，其中dhNF（1％dhNF）中的PEDOT：PSS含量不同。对细胞进行荧光标记以可视化活细胞（绿色）和死细胞（红色）（比例尺：100μm）。测量了不同dhNF浓度的dhNF-水凝胶随时间的细胞增殖；（b）1％和（c）2％。（d）用幂律模型拟合（b）和（c）中的图以获得增殖速率（KP）（*p＜0.05，n=6）。以不含dhNF（无纤维）的水凝胶作为对照。

图6.受到电刺激后，封装在dhNF水凝胶中的间充质干细胞和成纤维细胞的荧光显微图像，其中dhED中的PEDOT：PSS含量不同（1％dhNF）。对细胞进行荧光标记以可视化活细胞（绿色）和死细胞（红色）（比例尺：100μm）。蓝色箭头表示互相连接的细胞束。