石墨烯为单层或少层碳原子组成的二维纳米材料，具有优良的物化性质。自
2004 年被发现以来，迅速成为材料科学与凝聚态物理等领域的研究热点，同时
在生物医学领域，石墨烯近年来也备受关注，已被用于细胞成像、药物输运、生
物分析、干细胞工程及肿瘤治疗方面研究。
      神经细胞是电活性细胞，其功能的发挥与电活动息息相关，诸多临床神经疾
病的诊断和治疗都需要对神经组织进行电刺激和记录；石墨烯拥有高力学强度、
稳定化学性质，同时具有独特的电学、电化学性能便于电信号的检测和传输。所
以，我们认为石墨烯有望应用于神经界面材料领域。
      为了推动这种应用，研究石墨烯对神经细胞的影响尤为重要。基于此，本文
采用细胞生物学、材料学的研究方法，以海马神经元细胞和神经干细胞为研究模
型，系统研究了石墨烯对神经细胞突起的发生和生长、干细胞增殖和粘附行为等
细胞行为的影响，具体工作及结论如下：
      一、石墨烯的制备及修饰：采用化学气相沉积法 (Chemical Vapor Deposition,CVD)，以25 μm 铜膜作为催化剂，在1000 °C 生长条件下，以甲烷作为碳源制备了大面积、均一少层石墨烯 (3-5 层)，之后通过硝酸铁刻蚀催化剂PMMA 辅助迁移的方法制备了可用于神经细胞培养的透明、导电石墨烯衬底。同时，我们表征石墨烯可能与细胞生长有关的物化性质 (表面拓扑结构、粗糙度、化学基团、接触角)，定性分析了石墨烯表面多聚赖氨酸吸附情况。另外，以泡沫镍为模板，950 °C 生长条件制备3D 泡沫石墨烯，该结构经过氯化铁腐蚀去除镍催化剂后仍保持三维构型。最后，采用液相化学合成的方法制备了氧化石墨烯，研究其药物阿霉素负载情况，发现通过π-π 堆积等非共价作用可以有效用于氧化石墨烯表面药物修饰，在pH 值为6.5 和8.0 时，氧化石墨烯对阿霉素载药率（w/w）分别高达200% 和400%。
      二、石墨烯对海马神经细胞突起发生及生长的影响：以ICR 小鼠为组织来源，建立原代培养海马神经元细胞模型。在此基础上研究了石墨烯作为细胞培养衬底对海马神经细胞存活率、细胞膜完整性、突起生长方面影响。首先，我们发现经过多聚赖氨酸物理吸附修饰的CVD 石墨烯对小鼠海马神经细胞表现出良好的生物相容性。以普通组织培养聚苯乙烯衬底 (Tissue Culture Polystyrene, TCPS)作为对照，经过7 天培养，石墨烯衬底对神经细胞的存活率 (MTT 检测)、细胞膜的完整性 (LDH 释放检测) 不会产生统计学显著影响 (n = 9, p > 0.05)。形态学分析石墨烯衬底对海马神经元表型影响表明，相对对照组细胞而言，石墨烯表面神经细胞神经突起的平均数量在7 天培养期间均较高，尤其在发育早期 (第二天：D2)石墨烯表面神经突起数目/细胞为2.25，而对照组仅为1.9。同时，神经细胞平均神经突起长度在D2、D3、D4、D5、D7 均统计学显著高于对照组。更细致神经突起长度频率分布统计分析发现，石墨烯表面长神经突起 (100 -150 μm 和 >150 μm) 的频率总体高于对照组细胞，而短神经突起 (25 -50 μm 和 < 25 μm) 频率总体低于对对照组细胞。最后，免疫荧光染色及Western blot 分析共同证明石墨烯表面神经细胞生长相关蛋白GAP43 (Growth Associated Protein 43) 表达量较对照组显著提高。所以，石墨烯能够促进海马神经元细胞突起的发生和生长。
      三、石墨烯对神经干细胞粘附、增殖行为影响：主要工作包括以ICR 小鼠
为组织来源，建立神经干细胞体外培养模型。在此基础上，考察了神经干细胞在
石墨烯衬底表面粘附行为，研究了石墨烯衬底对神经干细胞存活率、细胞膜完整
性的影响。首先，我们发现ICR 新生鼠海马组织在体外无血清培养条件下 (EGF:
20 ng/mL, bFGF: 20 ng/mL) 可形成悬浮生长的具有连续克隆能力的、表达Nestin的神经球结构。该神经球结构以0.5 μM 视黄酸 (Retinoic Acid, RA) 和2%胎牛血清(Fetal Bovin Serum, FBS)诱导5-7 天可分化产生神经元及胶质细胞形态的细胞。
      实验条件优化证明层粘连蛋白 (Laminin, 20 μg/mL) 包被衬底有利于神经干细胞贴壁，同时单分散神经干细胞培养及诱导方式更有利后续实验表征。与TCPS 衬底作为对照相比，石墨烯用于神经干细胞培养能抑制神经球边缘细胞在分化培养条件时的粘附及迁移。进一步研究表明Laminin 修饰石墨烯对神经干细胞的细胞活性、细胞膜完整性、Ki67 阳性率、凋亡率 (TUNEL 检测) 没有显著的统计学影响，表现了良好的神经干细胞生物相容性。
      本研究工作采用细胞生物学、材料学等手段交叉应用，研究了石墨烯材料的
神经细胞效应，表明石墨烯不仅对神经细胞具有良好的生物相容性，且对神经突
起行为具有促进作用。