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组织、器官的丧失或功能性障碍,以及因意外发生导致的损伤、退行性疾病等引发的伤痛是人类健康所面临的主要危害。组织工程的出现提供了一种对自体损伤小,适应性强的解决方案。作为组织工程中细胞和组织黏附和生长的场所,功能性生物支架材料制备和构造是实现受损组织修复和再生的基础和保障。外加电刺激与内源性电场协同作用下,可以调节和介导细胞生理活动,更好的促进细胞黏附、生长、增殖和分化等行为表现。由于导电聚合物电活性可调以及良好的生物相容性,因此基于导电聚合物复合生物支架材料的开发以及在组织工程和再生医学应用研究成为研究重点。本文从导电复合支架材料的制备和设计角度出发,合成和制备了导电可降解纳米纤维和柔性叉指电极薄膜两种生物支架。在无外加生长因子引入下,探究外加电刺激(电场强度、刺激时间)对黏附在导电复合支架表面细胞的生长、增殖和分化的影响。主要实验内容和结论如下:(1)以静电纺丝聚乳酸(PLA)纳米纤维为支撑基底,通过力学性能和孔隙率表现确定最佳PLA纳米纤维浓度。由于PLA自身的疏水性,对比物理和化学表面处理后氧化聚合得到的聚苯胺/聚乳酸(PANI/PLA)纳米纤维表面细胞黏附和生长状态,确定合适的表面处理方案。15%的PLA纳米纤维能够满足生物支架材料力学和孔隙率的要求,等离子体表面处理后原位PANI聚合得到的PANI/PLA纳米纤维表现出良好的润湿性,为细胞的黏附和生长提供了优良的环境,有利于细胞活性的增加。(2)PANI在体液环境下的电导率会降低,不能很好地发挥电活性作用。在PANI/PLA纳米纤维原位聚合过程中,选择三种无机酸(盐酸、硫酸和高氯酸)作为掺杂剂,调控聚苯胺的表面形貌,考察表面形貌的变化对生物相容性的影响。PANI/PLA纳米纤维表面的粗糙度增加有利于润湿性表现,较大粗糙度的表面为细胞黏附提供更多的接触位点,增加了细胞活性,表现出优良的生物相容性。但是,无机酸掺杂得到的PANI不稳定且易脱掺杂,选择不同掺量的有机酸(酒石酸)作为掺杂剂研究不同表面形貌PANI/PLA纳米纤维生物相容性的影响。酒石酸掺杂的PANI附着在PLA纳米纤维表面,纳米纤维状的PANI对生物相容性的增强效果明显优于纳米颗粒状PANI,而具有空心管状结构的PANI对生物相容性增强作用最优。(3)考虑到在体液环境下的电活性,选择对pH不敏感的聚吡咯(PPy)为导电基底,引入还原性石墨烯(rGO)使得PPy能够在纳米纤维表面紧密且连续包裹,实现聚吡咯基复合纳米纤维持续和稳定的导电性能,进而考察不同强度电刺激对黏附在复合纳米纤维表面神经细胞的再生和分化研究。rGO的掺入增加了PLA/rGO/PPy复合纳米纤维的电导率,当rGO掺量为3.5%时,PLA/rGO/PPy复合纳米纤维电导率达到最大,为1.46×10-1S/cm,显示出良好的导电性。将0、100、400和700mV/cm的电场施加于接种在PLA/rGO3.5/PPy复合纳米纤维表面的PC-12细胞,细胞的生长和增殖表现随电场增加表现出先升高后降低的趋势,在400 mV/cm下的表达水平最高,神经元分化的轴突生长长度也呈现出类似的规律,并从蛋白吸附变化趋势做出解释。(4)由于电刺激下导电纳米纤维在实际应用过程中的局限性和一些副作用,开展了基于柔性聚酰亚胺(PI)的石墨烯/聚吡咯叉指电极复合导电薄膜的研究工作。在PI表面激光刻蚀得到激光诱导石墨烯(LIG)叉指电极基底,PPy经电化学沉积在石墨烯表面生长,得到石墨烯/聚吡咯(LIG/PPy)叉指电极复合薄膜,研究PPy厚度和电刺激时间对生长在复合薄膜表面神经细胞再生和分化的影响。PI经激光刻蚀后的LIG表面形成明显的3D多孔互联骨架结构,电化学沉积时间越长,LIG/PPy的电导率越大。在400mV/cm电刺激下,LIG/PPy表面PC-12细胞增殖主要受电场的影响,说明电刺激的本质是场效应作用。400mV/cm下施加不同时间的电刺激,LIG/PPy表面PC-12细胞MTT值随着时间的延长而增加,但在刺激4h后,MTT值增加变缓。电刺激在无外加神经生长因子的介入时,可以明显的促进PC-12细胞的神经元分化。随着电刺激时间延长,神经表型明显增多,但长时间刺激后(8h和12h)观察到的神经表型增加有限。随着电刺激时间延长,蛋白吸附量在逐渐增加。电刺激4h到8h之间蛋白的吸附增加量逐渐变缓,继续延长刺激时间到12h,蛋白吸附量甚至有降低的趋势。