Macroporous nanowire nanoelectronic scaffolds for synthetic tissues

纳米技术 再生医学 材料科学 生物相容性材料 组织工程 网状结缔组织 仿生材料 纳米线 3d打印 脚手架
作者
Bozhi Tian,Jia Liu,Tal Dvir,Lihua Jin,Jonathan H. Tsui,Quan Qing,Zhigang Suo,Robert Langer,Daniel S. Kohane,Charles M. Lieber
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:11 (11): 986-994 被引量:548
标识
DOI:10.1038/nmat3404
摘要

The development of three-dimensional (3D) synthetic biomaterials as structural and bioactive scaffolds is central to fields ranging from cellular biophysics to regenerative medicine. As of yet, these scaffolds cannot electrically probe the physicochemical and biological microenvironments throughout their 3D and macroporous interior, although this capability could have a marked impact in both electronics and biomaterials. Here, we address this challenge using macroporous, flexible and free-standing nanowire nanoelectronic scaffolds (nanoES), and their hybrids with synthetic or natural biomaterials. 3D macroporous nanoES mimic the structure of natural tissue scaffolds, and they were formed by self-organization of coplanar reticular networks with built-in strain and by manipulation of 2D mesh matrices. NanoES exhibited robust electronic properties and have been used alone or combined with other biomaterials as biocompatible extracellular scaffolds for 3D culture of neurons, cardiomyocytes and smooth muscle cells. Furthermore, we show the integrated sensory capability of the nanoES by real-time monitoring of the local electrical activity within 3D nanoES/cardiomyocyte constructs, the response of 3D-nanoES-based neural and cardiac tissue models to drugs, and distinct pH changes inside and outside tubular vascular smooth muscle constructs.
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