CN109793594A - 可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管及其制备方法，该导管在导电基底上同时集成了阳极和阴极；导电基底是由基体材料复合导电成分构成；阳极是由导电基底复合葡萄糖氧化催化剂构成；阴极是由导电基底复合氧还原催化剂构成。本发明中的神经导管能够利用人体内存在的葡萄糖和氧气自发产生电刺激，促进神经生长，而不需要在人体内插入金属电极，减少了病人的痛苦和不便。此外该导管还可将电刺激集中的缺损神经处，提高电刺激的精准度和效率。

Description

可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管及其制备方法

技术领域

本发明属于神经损伤修复技术领域，涉及一种可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管及其制备方法。

背景技术

周围神经损伤在世界范围内是一种常见的疾病。交通事故、工伤、自然灾害、战争以及癌症等都会导致周围神经损伤。大段神经缺损无法缝合，必须依靠神经移植或人工神经导管进行修复。目前治疗周围神经缺损的“金标准”是自体神经移植。然而自体神经移植是一种“拆东墙补西墙”的方法，必然造成供体供区神经部位感觉功能缺失，遗留切口瘢痕且来源有限，难以修复长节段和特殊部位的周围神经缺损。同种异体神经移植的原材料来源广泛，具有网管状神经内部结构，有利于神经再生，并且容易获得不同类型的神经段，但免疫排斥反应的出现限制了其应用。

神经导管可以引导神经生长，提供机械支撑，以及为神经再生提供良好的微环境等，因此得到广泛研究。由于神经细胞的特性，神经再生的速度通常很缓慢。人们发现，电刺激可以促进神经再生。因此人们研究了多种导电神经导管，与电刺激相结合，用于神经再生。用于制备导电神经导管的材料有聚吡咯、聚苯胺、聚乙烯二氧噻吩以及碳纳米管等。然而，目前施加电刺激的方式是将金属电极插入到患者体内，通过体外电源供电。这样增加了患者的痛苦和不便，并且电刺激的部位也不够精确。为了解决这些问题，有研究人员开发了压电神经支架，但是这种设备也需要额外的超声装置。还有人提出了无线充电的神经支架，这种神经支架也需要额外的无线充电设备，并且导管的制备也比较复杂。人体内存在葡萄糖和氧气，利用体内的葡萄糖和氧气产生能源已经有较多的研究，但是目前还没有将其应用于神经导管中产生自发电刺激的研究。

发明内容

本实施例的主要目的是提供一种可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管，以解决现有技术的上述以及其他潜在问题中任一问题。

为了达到上述目的，本实施提出一种可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管，该嵌段结构导电神经导管包括导管，和复合在所述导管两端的阴极和阳极，所述阴极和阳极可利用人体内存在的葡萄糖和氧气的氧化还原反应自发产生电刺激，促进神经生长；所述导管包括导电基底。

根据本公开的实施例，所述阳极是由导电基底复合葡萄糖氧化催化剂构成。

根据本公开的实施例，阴极是由导电基底复合氧还原催化剂构成。

根据本公开的实施例，所述导电基底包括基体材料和导电成分；所述基体材料成分为纤维素、胶原、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚酯纤维、聚氨酯、聚氨基酸、聚碳酸酯、聚酸酐、聚磷酸酯、脂肪族聚酯中的一种或多种；所述导电成分为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、PEDOT、PEDOT:PSS、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、金属颗粒、金属纤维导电物质中的一种或多种。

根据本公开的实施例，所述葡萄糖氧化催化剂为对葡萄糖氧化具有催化活性的物质。

根据本公开的实施例，所述对葡萄糖氧化具有催化活性的物质包括纳米金、纳米铂或纳米铂金合金。

根据本公开的实施例，所述氧还原催化剂为对氧还原具有催化活性的物质。

根据本公开的实施例，所述对氧还原具有催化活性的物质包括氮掺杂石墨烯和氮掺杂碳纳米管。

本实施例的另一目的是提供一种制备上述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管的方法，该方法具体包括以下步骤：

该方法具体包括以下步骤：

S1：在基体材料上复合导电成分，制备导电基底膜；

S2：将S1得到的导电基底膜裁成一定尺寸；在膜的一端复合葡萄糖氧化催化剂，然后在膜的另一端复合氧还原催化剂，制备出可自发电刺激导电膜；

S3：将可自发电刺激导电膜用特定模具制成管状，得到可自发电刺激的导电神经导管。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明的方法制备出的可自发电刺激神经导管，能够利用人体内存在的葡萄糖和氧气自发产生电刺激，促进并引导神经细胞生长，解决了目前导电神经导管应用需要通过金属电极外加电刺激，且电刺激不够精确的问题，可有效提高神经再生速度，同时减少病人的痛苦和不便，降低感染风险。

附图说明

图1为本发明可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管的结构示意图。

图2为本发明可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管的导电基底微观形貌示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施案例进一步阐述本发明。应理解为，这些实施案例仅仅用于说明本发明而不是用于限制本发明的范围。此外应理解，本领域的技术人员在阅读了本发明讲授的内容之后，对本发明所做各种等价形式之改动，同样落入本申请权利要求书所要求的范围之内。

如图1所示，本实施提出一种可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管，该嵌段结构导电神经导管包括导管1，和复合在所述导管两端的阴极2和阳极3，所述阴极2和阳极3可利用人体内存在的葡萄糖和氧气的氧化还原反应自发产生电刺激，促进神经生长；所述导管1包括导电基底。

根据本公开的实施例，所述阳极是由导电基底复合葡萄糖氧化催化剂构成。

根据本公开的实施例，阴极是由导电基底复合氧还原催化剂构成。

根据本公开的实施例，所述导电基底包括基体材料和导电成分；所述基体材料成分为纤维素、胶原、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚酯纤维、聚氨酯、聚氨基酸、聚碳酸酯、聚酸酐、聚磷酸酯、脂肪族聚酯中的一种或多种；所述导电成分为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、PEDOT、PEDOT:PSS、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、金属颗粒、金属纤维导电物质中的一种或多种。

根据本公开的实施例，所述葡萄糖氧化催化剂为对葡萄糖氧化具有催化活性的物质。

根据本公开的实施例，所述对葡萄糖氧化具有催化活性的物质包括纳米金、纳米铂或纳米铂金合金。

根据本公开的实施例，所述氧还原催化剂为对氧还原具有催化活性的物质。

根据本公开的实施例，所述对氧还原具有催化活性的物质包括氮掺杂石墨烯和氮掺杂碳纳米管。

本实施例的另一目的是提供一种制备上述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管的方法，该方法具体包括以下步骤：

该方法具体包括以下步骤：

S1：在基体材料上复合导电成分，制备导电基底膜；

S2：将S1得到的导电基底膜裁成一定尺寸；在膜的一端复合葡萄糖氧化催化剂，然后在膜的另一端复合氧还原催化剂，制备出可自发电刺激导电膜；

S3：将可自发电刺激导电膜用特定模具制成管状，得到可自发电刺激的导电神经导管。

具体制备工艺为：

步骤1、配制浓度为0.5~5 g/L的吡咯溶液。取合适厚度的高分子膜，将其裁成大小约为2 cm × 3 cm的矩形片，放进吡咯溶液中，磁力搅拌一定时间，使高分子膜吸附吡咯单体。将溶液放入冰水浴中，按FeCl₃·6H₂O和吡咯单体质量比为4~14:1向溶液中加入FeCl₃·6H₂O固体，并继续磁力搅拌。0.5~5 h后，取出样品，用酒精超声清洗，然后换去离子水超声清洗多次，以清洗掉过量的反应物以及聚吡咯。取出样品，挤掉多余水分，并裁剪其边缘部分至合适大小。然后将样品放在两个平面板中间，板上放置重物，防止样品在干燥时收缩变形。室温干燥后，得到导电基底膜。

步骤1第二种方案：配制含1~3 mol/L盐酸、0.1~0.6 mol/L苯胺单体（AN）的苯胺盐酸溶液。取合适厚度的高分子膜，将其裁成大小约为2 cm × 3 cm的矩形片，放进苯胺盐酸溶液中，磁力搅拌一定时间，使高分子膜吸附苯胺单体。向溶液中缓慢加入过硫酸铵，使其最终浓度为0.4~1 mol/L，并继续磁力搅拌。0.5~5 h后，取出样品，用酒精超声清洗，然后换去离子水超声清洗多次，以清洗掉过量的反应物以及聚吡咯。取出样品，挤掉多余水分，并裁剪其边缘部分至合适大小。然后将样品放在两个平面板中间，板上放置重物，防止样品在干燥时收缩变形。室温干燥后，得到导电基底膜。

步骤2、将导电基底膜的一个短边固定在铂片电极夹上，另一个短边浸入到含有5~50 mmol/L纳米颗粒前驱体的0.1~1 mol/L 的酸或盐溶液中，浸入深度为5 mm，固定好。采用恒电位法进行电沉积，工作电极电位设为-0.2~-3 V，沉积时间为60~600 s。沉积后用去离子水清洗样品，然后室温晾干，得到带有阳极的导电基底膜。

步骤2第二种方案：将导电基底膜的一个短边固定在铂片电极夹上，另一个短边浸入到含有5~50 mmol/L纳米颗粒前驱体的0.1 ~1mol/L 的酸或盐溶液中，浸入深度为5 mm，固定好。采用循环伏安法进行电沉积，扫描范围为-2~2 V，扫描速度为10~100 mV/s，扫描圈数为10~500圈。沉积后用去离子水清洗样品，然后室温晾干，得到带有阳极的导电基底膜。

步骤3、将0.5~5 g氮掺杂石墨烯或氮掺杂碳纳米管及1~4 g石墨烯或碳纳米管分散剂加入到100 mL去离子水中，超声一定时间，使氮掺杂石墨烯或氮掺杂碳纳米管均匀分散。之后，将带有阳极的导电基底膜的另一个端浸入到分散液中，浸入深度为5 mm，保持一定时间，使导电基底充分吸附氮掺杂石墨烯或氮掺杂碳纳米管。取出样品，室温下晾干，得到自发电神经支架。将制备的自发电神经支架用特定模具制成管状，得到可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管。

实施例1

配制含3 mol/L盐酸、0.1 mol/L苯胺单体（AN）的苯胺盐酸溶液。取合适厚度的高分子膜，将其裁成大小约为2 cm × 3 cm的矩形片，放进苯胺盐酸溶液中，磁力搅拌一定时间，使高分子膜吸附苯胺单体。向溶液中缓慢加入过硫酸铵，使其最终浓度为1 mol/L，并继续磁力搅拌。0.5 h后，取出样品，用酒精超声清洗，然后换去离子水超声清洗多次，以清洗掉过量的反应物以及聚吡咯。取出样品，挤掉多余水分，并裁剪其边缘部分至合适大小。然后将样品放在两个平面板中间，板上放置重物，防止样品在干燥时收缩变形。室温干燥后，得到导电基底膜。

将导电基底膜的一个短边固定在铂片电极夹上，另一个短边浸入到含有5 mmol/LH₂PtCl₆的1mol/L 的硫酸溶液中，浸入深度为5 mm，固定好。采用恒电位法进行电沉积，工作电极电位设为-2 V，沉积时间为100 s。沉积后用去离子水清洗样品，然后室温晾干，得到带有阳极的导电基底膜。

将5 g氮掺杂石墨烯及3 g石墨烯分散剂加入到100 mL去离子水中，超声一定时间，使氮掺杂石墨烯均匀分散。之后，将带有阳极的导电基底膜的另一个端浸入到分散液中，浸入深度为5 mm，保持一定时间，使导电基底充分吸附氮掺杂石墨烯，室温下晾干，得到自发电神经支架。将制备的自发电神经支架用特定模具制成管状，得到可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管。

实施例2

配制浓度为0.5 g/L的吡咯溶液。取合适厚度的高分子膜，将其裁成大小约为2 cm ×3 cm的矩形片，放进吡咯溶液中，磁力搅拌一定时间，使高分子膜吸附吡咯单体。将溶液放入冰水浴中，按FeCl₃·6H₂O和吡咯单体质量比为4:1向溶液中加入FeCl₃·6H₂O固体，并继续磁力搅拌。2 h后，取出样品，用酒精超声清洗，然后换去离子水超声清洗多次，以清洗掉过量的反应物以及聚吡咯。取出样品，挤掉多余水分，并裁剪其边缘部分至合适大小。然后将样品放在两个平面板中间，板上放置重物，防止样品在干燥时收缩变形。室温干燥后，得到导电基底膜。

将导电基底膜的一个短边固定在铂片电极夹上，另一个短边浸入到含有20 mmol/L HAuCl₄的0.5 mol/L 的盐酸溶液中，浸入深度为5 mm，固定好。采用循环伏安法进行电沉积，扫描范围为-2~0 V，扫描速度为100 mV/s，扫描圈数为100圈。沉积后用去离子水清洗样品，然后室温晾干，得到带有阳极的导电基底膜。

将0.5 g氮掺杂碳纳米管及1 g碳纳米管分散剂加入到100 mL去离子水中，超声一定时间，使氮掺杂碳纳米管均匀分散。之后，将带有阳极的导电基底膜的另一个端浸入到分散液中，浸入深度为5 mm，保持一定时间，使导电基底充分吸附氮掺杂碳纳米管。取出样品，室温下晾干，得到自发电神经支架。将制备的自发电神经支架用特定模具制成管状，得到可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管。

实施例3

配制浓度为3 g/L的吡咯溶液。取合适厚度的高分子膜，将其裁成大小约为2 cm × 3cm的矩形片，放进吡咯溶液中，磁力搅拌一定时间，使高分子膜吸附吡咯单体。将溶液放入冰水浴中，按FeCl₃·6H₂O和吡咯单体质量比为8:1向溶液中加入FeCl₃·6H₂O固体，并继续磁力搅拌。1 h后，取出样品，用酒精超声清洗，然后换去离子水超声清洗多次，以清洗掉过量的反应物以及聚吡咯。取出样品，挤掉多余水分，并裁剪其边缘部分至合适大小。然后将样品放在两个平面板中间，板上放置重物，防止样品在干燥时收缩变形。室温干燥后，得到导电基底膜。

将导电基底膜的一个短边固定在铂片电极夹上，另一个短边浸入到含有15 mmol/L H₂PtCl₆及5 mmol/L HAuCl₄的0.1 mol/L 的氯化钠溶液中，浸入深度为5 mm，固定好。采用恒电位法进行电沉积，工作电极电位设为-0.5 V，沉积时间为600 s。沉积后用去离子水清洗样品，然后室温晾干，得到带有阳极的导电基底膜。

将0.8 g氮掺杂石墨烯及1 g石墨烯分散剂加入到100 mL去离子水中，超声一定时间，使氮掺杂石墨烯或氮掺杂碳纳米管均匀分散。之后，将带有阳极的导电基底膜的另一个端浸入到分散液中，浸入深度为5 mm，保持一定时间，使导电基底充分吸附氮掺杂石墨烯。取出样品，室温下晾干，得到自发电神经支架。将制备的自发电神经支架用特定模具制成管状，得到可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管。

实施例4

配制含1 mol/L盐酸、0.5 mol/L苯胺单体的苯胺盐酸溶液。取合适厚度的高分子膜，将其裁成大小约为2 cm × 3 cm的矩形片，放进苯胺盐酸溶液中，磁力搅拌一定时间，使高分子膜吸附苯胺单体。向溶液中缓慢加入过硫酸铵，使其最终浓度为0.4 mol/L，并继续磁力搅拌。4 h后，取出样品，用酒精超声清洗，然后换去离子水超声清洗多次，以清洗掉过量的反应物以及聚吡咯。取出样品，挤掉多余水分，并裁剪其边缘部分至合适大小。然后将样品放在两个平面板中间，板上放置重物，防止样品在干燥时收缩变形。室温干燥后，得到导电基底膜。

将导电基底膜的一个短边固定在铂片电极夹上，另一个短边浸入到含有10 mmol/L H₂PtCl₆及30 mmol/L HAuCl₄的0.1 mol/L 的氯化钾溶液中，浸入深度为5 mm，固定好。采用循环伏安法进行电沉积，扫描范围为-0.5~0.5 V，扫描速度为10 mV/s，扫描圈数为500圈。沉积后用去离子水清洗样品，然后室温晾干，得到带有阳极的导电基底膜。

将4 g氮掺杂碳纳米管及1.5 g碳纳米管分散剂加入到100 mL去离子水中，超声一定时间，使氮掺杂石墨烯或氮掺杂碳纳米管均匀分散。之后，将带有阳极的导电基底膜的另一个端浸入到分散液中，浸入深度为5 mm，保持一定时间，使导电基底充分吸附氮掺杂石墨烯或氮掺杂碳纳米管。取出样品，室温下晾干，得到自发电神经支架。将制备的自发电神经支架用特定模具制成管状，得到可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管。

本发明一种可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管，解决目前导电神经导管应用需要通过在体内插入金属电极施加电刺激，引起病人的痛苦和不便，存在感染风险，且电刺激不够精确的问题。本发明所制备的神经导管在导电基底上同时集成了阳极和阴极，可以利用人体内存在的葡萄糖和氧气自发产生电刺激，并且将电刺激精确施加在神经缺损处，促进并引导神经细胞生长，而不需要通过在人体插入电极施加电刺激，减少了患者的痛苦和不便，并降低了感染风险。

Claims (9)

1.可自发电刺激的嵌段结构导电神经导管，其特征在于，该嵌段结构导电神经导管包括导管，和复合在所述导管两端的阴极和阳极，所述阴极和阳极可利用人体内存在的葡萄糖和氧气的氧化还原反应自发产生电刺激，促进神经生长；所述导管包括导电基底。

2.根据权利要求1所述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管，其特征在于，所述阳极是由导电基底复合葡萄糖氧化催化剂构成。

3.根据权利要求1所述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管，其特征在于，所述阴极是由导电基底复合氧还原催化剂构成。

4.根据权利要求1所述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管，其特征在于，所述导电基底包括基体材料和导电成分；所述基体材料成分为纤维素、胶原、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚酯纤维、聚氨酯、聚氨基酸、聚碳酸酯、聚酸酐、聚磷酸酯、脂肪族聚酯中的一种或多种；所述导电成分为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、PEDOT、PEDOT:PSS、碳纳米管、石墨烯、碳纤维、金属颗粒、金属纤维中的一种或多种。

5.根据权利要求2所述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管，其特征在于，所述葡萄糖氧化催化剂为对葡萄糖氧化具有催化活性的物质。

6.根据权利要求5所述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管，其特征在于，所述对葡萄糖氧化具有催化活性的物质包括纳米金、纳米铂和纳米铂金合金。

7.根据权利要求3所述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管，其特征在于，所述氧还原催化剂为对氧还原具有催化活性的物质。

8.根据权利要求7所述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管，其特征在于，所述对氧还原具有催化活性的物质包括氮掺杂石墨烯和氮掺杂碳纳米管。

9.一种制备如权利要求1-8任意一项所述的可自发电刺激嵌段结构导电神经导管的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：在基体材料上复合导电成分，制备导电基底膜；

S2：将S1得到的导电基底膜裁成一定尺寸；在膜的一端复合葡萄糖氧化催化剂，得到阳极，然后在膜的另一端复合氧还原催化剂，得到阴极，制备出可自发电刺激导电膜；

S3：将可自发电刺激导电膜用特定模具制成管状，得到可自发电刺激的导电神经导管。