兼具生物相容性、导电性的生物电子材料是生物电子领域目前的研究热点之一。来源于蚕丝的再生丝素蛋白（RSF）材料具有优异的力学性能、生物相容性、生物可降解性，并可加工成型为多种不同结构的材料，但不导电。聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）作为一种新型导电高分子材料，因其突出的导电性、生物相容性及环境稳定性，十分适合作为功能体为生物导电材料提供导电性能。但PEDOT通常难以在RSF表面形成牢固均匀的导电层。
近日，东华大学纤维材料改性国家重点实验室的张耀鹏教授、邵惠丽教授等，与上海大学的朱波教授合作，利用十二水烷基硫酸钠（SDS）在水环境中形成的胶束结构，成功提高了聚（羟甲基-3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT-OH）在水环境中的分散性，同时增强了其与RSF薄膜表面的相互作用，制备了表面结构均匀、导电性良好的RSF/PEDOT-OH薄膜材料。相关研究成果日前发表于《美国化学会应用材料与界面》(ACS Applied Materials & Interfaces) (All Organic Conductive Biomaterial as an Electroactive Cell Interface)（论文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.8b13820）。论文第一作者为博士生庄奥。
图1 再生丝素蛋白薄膜通过PEDOT-OH单体的原位聚合改性，并加入SDS改善表面结构
制备RSF/PEDOT-OH导电薄膜
该研究采用了较PEDOT单体水溶性更佳的羟甲基-3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT-OH）作为单体，通过过硫酸铵引发单体在RSF薄膜表面的原位氧化聚合，在SDS对RSF与PEDOT-OH界面的作用下在RSF薄膜表面形成结构均匀、吸附牢固的PEDOT-OH导电层。相较常规RSF薄膜，添加了SDS的聚合体系得到的RSF/PEDOT-OH改性薄膜表面电阻明显下降，最多可降低两个数量级；通过调节表面活性剂的用量、氧化剂用量、聚合初始pH值以及单体溶液浓度，可以对导电薄膜的表面结构与对应性能进行调节与优化，在最佳条件下，其表面方块电阻达到3.28×105 Ω。对该改性薄膜的电化学、超声振荡及大鼠嗜铬细胞瘤细胞（PC12）培养实验等表明，RSF导电薄膜具有良好的电化学稳定性、表面导电层牢固度及生物相容性。
图2 SDS的添加对聚合改性过程的影响
导电丝素蛋白材料相比起传统的金属及半导体导电材料，具有与生物组织更加契合的力学性质，因此能够避免长期植入引起的疤痕及炎症等不良反应，其导电层优异的环境稳定性使其具有独特的体内应用优势，因此在未来的大脑植入性传感器、体内药物控释材料及神经组织工程领域有很好的应用潜力。
图3 大鼠嗜铬细胞瘤细胞（PC12）在RSF导电薄膜上生长良好
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsami.8b13820
