CN108187147B - 一种神经修复支架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医学工程技术领域,特别是神经修复支架制备技术领域,公开了一种神经修复支架及其制备方法,所述的神经修复支架通过静电纺丝和紫外光固化,其管壁具有内层、中层和外层三层结构,内层由明胶和纳米氧化石墨烯组成,中层为聚(噻吩‑3‑乙酸)组成的导电层,外层为甲基丙烯酰化明胶。该种神经修复支架免疫原性低,生物相容性、导电性能和诱导修复能力优良。
Description
技术领域:
本发明属于生物医学工程技术领域,特别是神经修复材料制备技术领域,公开了一种神经修复支架及其制备方法。
背景技术:
神经系统是人体内起主导作用的功能调节系统,在人类的生命活动中具有十分重要的作用。由于神经系统受损后修复能力有限,这导致神经损伤及退行性疾病的治疗成为一大医学难题。神经损伤常见于各种外伤以及其他条件所造成的神经细胞部分或全部的损伤,这种神经损伤可以进一步导致某种功能丧失或者其他神经性疾病的发生。
电刺激对神经细胞行为具有重要的调节作用,可以影响其粘附、迁移、增殖、DNA合成、蛋白分泌等生理活动,在组织工程领域中,可以通过施加电刺激控制细胞在组织工程中的行为可对损伤组织起到修复的作用。特别是在神经组织工程中,电刺激对神经受损组织的修复效果显著。电刺激在二维或三维体外以及体内都较易实现,其临床优越性越显突出。电刺激在神经组织工程的应用,其前提是需要一个具有良好生物相容性和导电性能的支架。
目前生物医学工程领域中的导电高分子材料多为聚苯胺、聚吡咯以及其衍生物。聚苯胺和聚吡咯在生物电极涂层和组织工程材料等应用中具有很大的局限性,这是因为聚苯胺在使用中存在一定的生物毒性,聚吡咯在长期的使用中容易氧化从而失去失去导电性。所以寻找一种具有良好生物相容性以及导电性能的神经修复支架,在神经修复领域上具有极大的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有神经修复支架在使用中存在一定的生物毒性,且在长期的使用中容易氧化从而失去失去导电性的不足,提供一种具有良好生物相容性以及导电性能的神经修复支架。
为实现上述目的,本发明的技术方案为一种神经修复支架,所述神经修复支架的管壁具有内层、中层和外层三层结构,内层由明胶和纳米氧化石墨烯组成,中层为聚(噻吩-3-乙酸)组成的导电层,外层为甲基丙烯酰化明胶。
进一步的,所述的神经修复的支架按重量份数计由明胶10-35份、纳米氧化石墨烯0.1-0.5份、聚(噻吩-3-乙酸)10-40份、甲基丙烯酰化明胶10-40份组成。
优选的,所述的聚(噻吩-3-乙酸)其聚合度为5000。所述的纳米氧化石墨烯其粒径分布范围为80-115nm。
为实现上述目的,本发明的另一技术方案为:一种神经修复支架的制备方法,所述的制备方法通过以下步骤实现:(1)纺丝液的制备(2)修复支架的静电纺丝(3)紫外光固化(4)冷冻干燥。
进一步的,所述一种神经修复支架的制备具体步骤为:
(1)纺丝液的制备:
内层纺丝液:按配方比往二甲基亚砜中依次加入一定量的明胶搅拌至明胶完全溶解后、按配方比加入一定量的纳米氧化石墨烯,混合均匀,得到内层纺丝液;
中间层纺丝液:将一定量的聚(噻吩-3-乙酸)、明胶溶解于二甲基亚砜,配成质量浓度为5-10%的溶液,即得中间层纺丝液;
外层纺丝液:将一定量的甲基丙烯酰化明胶,溶解于二甲基亚砜,配成质量浓度为5-10%的溶液,优选8%wt,即得外层纺丝液;
(2)修复支架的静电纺丝:按内层纺丝液,中间层纺丝液,外层纺丝液按配方比调节纺丝参数依次用静电纺丝机进行纺丝,纺丝参数为:发生器电压为15-25kV,优选20kV,收集装置转速为200-450rpm,优选250rpm,输出泵的输出流量为0.5-1.5mL/h,优选0.8mL/h;
(3)紫外光固化:将纺制所得的静电纺丝膜连同静电纺丝机的收集辊筒一并卸下,浸泡于盛有光引发剂溶液的器皿中60-120min,优选90min,然后用紫外光固化灯照射15-60min,优选30min,其中所述的光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮,所述的光引发剂的浓度为0.5wt%,紫外光固化的紫外光照强度为10-20μW/cm2,优选15μW/cm2;
(4)冷冻干燥:将经光固化处理的神经修复支架置于冷冻干燥机中干燥,其冷冻干燥温度为-80℃,干燥时间为24-72小时,优选48小时,即得一种神经修复支架。
本发明的有益成果:
(1)本发明通过静电纺丝所制备的神经修复支架,其管壁为多层结构,内层由明胶和氧化石墨烯组成,具有良好组织相容性和导电性能;中层为聚(噻吩-3-乙酸)组成的导电层,确保修复支架具有良好的导电性能,外层为甲基丙烯酰化明胶,有用良好的组织相容性且能通过紫外光固化交联,提高支架的整体力学性能。
(2)本发明所制备的神经修复支架,因为支架管壁内层具有氧化石墨烯,中层具有聚(噻吩-3-乙酸),所以具有良好的导电性能,能与神经组织或是细胞形成微电流通路,有利于受损神经的修复。
附图说明
图1为实施例1~3和对比例与雪旺细胞共培养1天和7天后其对应的细胞增殖率的结果对比图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
本发明按如下步骤制备得到一种神经修复支架:
(1)纺丝液的制备:
内层纺丝液:按配方比往二甲基亚砜中依次加入一定量的明胶搅拌至明胶完全溶解后、按配方比加入一定量的纳米氧化石墨烯,混合均匀,得到内层纺丝液;
中间层纺丝液:将一定量的聚(噻吩-3-乙酸)、明胶溶解于二甲基亚砜,配成质量浓度为5%的溶液,即得中间层纺丝液;
外层纺丝液:将一定量的甲基丙烯酰化明胶,溶解于二甲基亚砜,配成质量浓度为8%wt,即得外层纺丝液;
(2)修复支架的静电纺丝:按内层纺丝液,中间层纺丝液,外层纺丝液按配方比调节纺丝参数依次用静电纺丝机进行纺丝,纺丝参数为:发生器电压为20kV,收集装置转速为250rpm,输出泵的输出流量为0.8mL/h;
(3)紫外光固化:将纺制所得的静电纺丝膜连同静电纺丝机的收集辊筒一并卸下,浸泡于盛有光引发剂溶液的器皿中90min,然后用紫外光固化灯照射15-60min,优选30min,其中所述的光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮,所述的光引发剂的浓度为0.5wt%,紫外光固化的紫外光照强度为15μW/cm2;
(4)冷冻干燥:将经光固化处理的神经修复支架置于冷冻干燥机中干燥,其冷冻干燥温度为-80℃,干燥时间为48小时,即得一种神经修复支架。
实施例1
本发明按上述方法制备一种神经修复支架,其中神经修复的支架按重量份数计由聚(噻吩-3-乙酸)10-40份、明胶10-35份、甲基丙烯酰化明胶10-40份、纳米氧化石墨烯0.1-0.5份组成。
实施例2
本发明按上述方法制备一种神经修复支架,其中神经修复的支架按重量份数计由聚(噻吩-3-乙酸)10-40份、明胶10-35份、甲基丙烯酰化明胶10-40份、纳米氧化石墨烯0.1-0.5份组成。
实施例3
本发明按上述方法制备一种神经修复支架,其中神经修复的支架按重量份数计由聚(噻吩-3-乙酸)10-40份、明胶10-35份、甲基丙烯酰化明胶10-40份、纳米氧化石墨烯0.1-0.5份组成。
实施例4
对比例:(参考申请号:201310639284.4多层结构的神经修复导管支架及其制备方法及其应用实施例1制备所得)
实验组1~3:为实施例1~3所得的一种神经修复支架。
1.电导率检测:
将上述实施例1~3所制备的一种神经修复支架与对比例采用四探针法进行导电性能评价,取溶胀平衡状态下的测试样品(直径:15mm,高:5mm),采用KDY-1型四探针电阻率测定仪测试样品的电阻率ρ,电导率k的计算公式为:k=1/ρ,实验结果如表1所示。
表-1 导电性能测试结果
样品 | 平行组数 | 电导率(10<sup>-4</sup>S/cm) |
实施例1 | 5 | 7.64±0.31 |
实施例2 | 5 | 8.12±0.25 |
实施例3 | 5 | 9.29±0.14 |
对比例 | 5 | 3.62±0.25 |
可以看到通过本发明所公开的方法所制得的一种神经修复支架实施例1~3的电导率均明显较对比例高。有利于支架在植入人体后,电信号通路的构建,有助受损神经的修复。
实施例5
细胞毒性检测:
将上述实施例1~3所制备的一种神经修复支架与对比例进行细胞毒性评价实验(按国标GB/T 16886.5-2003进行实验),对比实施例1~3和对比例对的实验结果如图1示。
细胞毒性检测结果显示实施例1~3在与雪旺细胞共培养1天和7天后其对应的细胞相对增殖率均在90%以上,细胞毒性评级为0级,证明其具有良好的细胞形容性。此外,共培养时间的延长实施例1~3的相对相比增殖率均有明显提高,证明本发明所制备的神经修复支架可以促进雪旺细胞的生长,有利于受损神经的修复。
实施例6
急性毒性检测:
测试方法:
急性毒性评价方法:按GB/T 16886.11-2011《医疗器械生物学评价第11部分:全身毒性试验》中的急性毒性检测方法进行检测。
评价结果如表2所示:
表2 急性毒性评价结果
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | |
急性毒性评价 | 正常,无症状 | 正常,无症状 | 正常,无症状 |
从上表结果可知,实施例1~3所制得的一种神经修复支架均无急性毒性,证明本发明所制备的一种神经修复支架具有良好的生物安全性。
显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定;对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动,这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举;凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种神经修复支架,其特征在于,所述神经修复支架的管壁具有内层、中层和外层三层结构,内层由明胶和纳米氧化石墨烯组成,中层为聚(噻吩-3-乙酸)组成的导电层,外层为甲基丙烯酰化明胶;
所述神经修复支架的制备方法,包括如下步骤:
(1)纺丝液的制备:
内层纺丝液:按配方比往二甲基亚砜中加入明胶,搅拌至明胶完全溶解后,按配方比加入纳米氧化石墨烯,混合均匀,得到内层纺丝液;
中间层纺丝液:按配方比将聚(噻吩-3-乙酸)、明胶溶解于二甲基亚砜,配成质量浓度为5-10%的溶液,即得中间层纺丝液;
外层纺丝液:按配方比将甲基丙烯酰化明胶溶解于二甲基亚砜,配成质量浓度为5-10%的溶液,即得外层纺丝液;
(2)修复支架的静电纺丝:将步骤(1)所得内层纺丝液,中间层纺丝液和外层纺丝液按配方比调节纺丝参数依次用静电纺丝机进行纺丝,纺丝参数为:发生器电压为15-25kV,收集装置转速为200-450rpm,输出泵的输出流量为0.5-1.5mL/h;
(3)紫外光固化:将纺制所得的静电纺丝膜连同静电纺丝机的收集辊筒一并卸下,浸泡于盛有光引发剂溶液的器皿中60-120min,然后用紫外光固化灯照射15-60min;
(4)冷冻干燥:将经紫外光固化处理的神经修复支架置于冷冻干燥机中干燥,其冷冻干燥温度为-80℃,干燥时间为24-72小时,即得所述神经修复支架。
2.根据权利要求1所述的神经修复支架,其特征在于,按重量份数计:明胶10-35份、纳米氧化石墨烯0.1-0.5份、聚(噻吩-3-乙酸)10-40份、甲基丙烯酰化明胶10-40份。
3.根据权利要求1所述的神经修复支架,其特征在于,所述聚(噻吩-3-乙酸)的聚合度为5000。
4.根据权利要求1所述的神经修复支架,其特征在于,所述纳米氧化石墨烯的粒径范围为80-115nm。
5.根据权利要求1所述的神经修复支架的制备方法,其特征在于:所述的光引发剂为2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮,所述的光引发剂的浓度为0.5wt%。
6.根据权利要求1所述的神经修复支架的制备方法,其特征在于:所述的紫外光固化的紫外光照强度为10-20μW/cm2。
7.根据权利要求1所述的神经修复支架的制备方法,其特征在于,所述的静电纺丝步骤其纺丝参数为:发生器电压为20kV,收集装置转速为250rpm,输出泵的输出流量为0.8mL/h。
8.根据权利要求1所述的神经修复支架的制备方法,其特征在于,所述步骤(4)中干燥时间为48小时。
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