CN111228573A - 聚多巴胺-石墨烯复合聚吡咯导电神经支架的制备方法 - Google Patents

聚多巴胺-石墨烯复合聚吡咯导电神经支架的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法：通过电化学沉积方法，在静电纺丝聚乳酸丝膜上包覆复合有石墨烯或其衍生物的聚吡咯导电层；然后在弱碱性多巴胺溶液中浸泡1~8h，洗涤干燥后得到导电神经支架。本发明工艺简单，反应条件温和，易于操作和控制，所得神经修复支架制品具有良好的导电性能和生物相容性，在周围神经修复领域具有潜在的临床应用价值。

Description

聚多巴胺-石墨烯复合聚吡咯导电神经支架的制备方法
技术领域
本发明涉及组织工程材料技术领域，具体是一种聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法。
背景技术
轴突再生的潜能有限，长距离周围神经损伤修复一直面临着巨大挑战。通过连接神经缺损的两侧断端、延缓残端退变和促进施万细胞髓鞘化，神经导管能够促进轴突再生。然而，由于缺乏取向性和导电性，人工神经导管的临床表现仍不及自体神经移植物。与自体神经移植物相比，人工神经导管内再生的神经纤维少且细，导致其对靶向器官的支配性较弱。现有的研究已证明，电刺激可以通过促进细胞取向和蛋白表达来提高神经损伤的功能性修复。在动物模型的挤压伤、横断伤，尤其是即时神经损伤中，电刺激能够延缓受损神经在早期的退变，这一点近期在临床中也得到了证实。
聚吡咯是一种可用于组织工程支架制备的导电生物材料。结合可生物降解聚乳酸的柔韧性和聚吡咯的半导电性，聚吡咯纳米颗粒包覆的聚乳酸薄膜可用于周围神经修复。但包覆在聚乳酸薄膜上的聚吡咯壳层的导电性较弱，并且其体内持续性不佳。而另一种导电材料，石墨烯及其衍生物在近期受到了生物材料界的广泛关注。石墨烯由sp2杂化二维片层结构组成，具有优越的导电性能。作为石墨烯衍生物，氧化石墨烯、羧基化氧化石墨烯和氨基化氧化石墨烯的分散性更佳且功能基团更多，有利于其在生物医学领域的应用。石墨烯衍生物能够提高复合材料导电性，调节细胞行为；如在体外条件下增强施万细胞的迁移和增殖，在体内条件下促进髓鞘化轴突的形成和植入部位的血管功能化。但是由于石墨烯家族的强π 键对细胞膜完整性的潜在损伤，石墨烯或其衍生物复合导电膜的生物相容性还比较差。聚多巴胺是一种具有大量儿茶酚基团的贻贝衍生分子，它通过多巴胺的氧化聚合过程，能够紧密包覆在各种固体表面。而且聚多巴胺还具有优越的亲水性和生物相容性，能用于包括神经支架表面的各种生物材料表面改性。本专利中，在聚吡咯-聚乳酸复合丝膜的基础上复合石墨烯或其衍生物以提高导电持续性，同时复合聚多巴胺以提高细胞相容性，从而获得导电性能和生物相容性俱佳的周围神经支架。
目前，已有的发明一般通过两种方式实现导电神经支架的制备，一种是混合型：将非导电生物材料与导电生物材料混合后制备成支架（CN201410478759.0、CN201610327773.X），或将非导电生物材料制备成支架后在导电生物材料的分散液中浸泡（CN201610806967.8）；另一种是核-壳结构：将非导电生物材料和导电生物材料分别制备成核层或壳层（CN201210280734.0、CN201110054237.4、CN201610118825.2、CN201810058190.0）。但这些混合型支架的导电性能较弱，核-壳结构的生物相容性则不太理想，因此，聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合在导电材料上，以兼顾神经支架的导电性能和生物相容性的聚吡咯-聚乳酸导电神经支架的研究或发明还未见公开。
发明内容
本专利的目的在于在聚吡咯-聚乳酸膜的基础上复合石墨烯或其衍生物以提高导电持续性，同时复合聚多巴胺以提高细胞相容性，以获得导电性能和生物相容性俱佳、适用于长距离周围神经缺损的电刺激临床修复的复合导电支架。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法，包括以下步骤：
a）静电纺丝聚乳酸纤维膜：将聚乳酸溶于六氟异丙醇中配置成质量体积分数为5 wt%-10 wt%的纺丝液，8-15×105 V/m的静电场下纺丝10-100分钟，在镀氧化铟锡聚酯导电膜上制备成纳米纤维膜，真空干燥箱中常温干燥，得到聚乳酸纤维膜A；
b）电化学沉积液的配制：将质量体积分数为0.01~0.15 wt%的石墨烯或其衍生物在超纯水中超声分散，4℃下先后加入5~15 mM的十二烷基苯磺酸钠和40~200 mM的吡咯，得到电沉积液B；
c）电化学沉积制备羧基化石墨烯复合的聚吡咯导电层：将以镀氧化铟锡聚酯导电膜为载体的纤维膜A作为阳极，铂片作为阴极，浸入沉积液B中，两极间施加0.5~3 mA/cm的直流电，电沉积10~60 min，清洗干燥后得到石墨烯或其衍生物/聚吡咯复合膜C；
d）多巴胺溶液的配制：使用pH值为8~11的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制1. 0~3.3 mg/ml的多巴胺溶液D；
e）聚多巴胺的复合：常温下，将复合膜C在溶液D中浸泡1.0~5.0 h，洗涤干燥后得到最终产物聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架。
作为本发明的进一步方案，步骤b）中，石墨烯或其衍生物的质量体积分数为0.01~0.15 wt%，十二烷基苯磺酸钠的浓度为5~15 mM，吡咯浓度为40~200 mM。
作为本发明的进一步方案，步骤b）中，石墨烯衍生物包括石墨烯衍生物包括氧化石墨烯、羧基化氧化石墨烯和氨基化氧化石墨烯。
作为本发明的进一步方案，步骤c）中，所述的电化学沉积方式：以镀氧化铟锡聚酯导电膜为载体的纤维膜A作为阳极，铂片作为阴极，电流为0.5~3 mA/cm，时间为10~60 min。
作为本发明的进一步方案，步骤d）中，多巴胺溶液使用pH值为8-10的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制，多巴胺浓度为1.0~3.3 mg/ml。
作为本发明的进一步方案，步骤e）中，复合膜C在多巴胺溶液D中地浸泡时间为1.0~5.0 h。
上述制备方法制备所得的聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明制备得到聚多巴胺和石墨烯复合聚吡咯导电神经支架，图1示出了，石墨烯纳米片复合在聚吡咯包覆层表面；图2示出了，聚多巴胺纳米整齐地排列在聚吡咯的表面；图3示出了，其导电性虽然略低于无聚多巴胺的样品，但明显高于聚吡咯-聚乳酸样品，说明了其良好的导电性能；图4示出了，施万神经细胞在其表面良好的活性，说明了其具有良好的神经细胞相容性，可用于长距离周围神经缺损的电刺激疗法。且本发明工艺简单，反应条件温和，易于操作，在周围神经修复领域具有潜在的应用价值。
附图说明
图1 聚多巴胺和羧基化氧化石墨烯复合的聚吡咯-聚乳酸导电神经支架的扫描电子显微镜照片，放大图中显示了羧基化石墨烯片和聚多巴胺纳米粒。
图2 聚多巴胺和羧基化氧化石墨烯复合的聚吡咯-聚乳酸导电神经支架的原子力显微镜照片。
图3 聚多巴胺和羧基化氧化石墨烯复合的聚吡咯-聚乳酸导电神经支架与其他两种支架的导电性能比较。
图4 施万细胞在聚多巴胺和羧基化氧化石墨烯复合聚吡咯-聚乳酸导电神经支架及其他两种支架的细胞活性比较图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将聚乳酸溶于六氟异丙醇中配制成质量体积分数为5 wt%的纺丝液，在9×105 V/m的静电场下电纺丝40分钟，在镀氧化铟锡聚酯导电膜上制备成纳米纤维膜，最后在真空干燥箱中常温干燥，得到聚乳酸静电纺丝膜A。将质量体积分数为0.02 wt%的石墨烯在超纯水中进行超声分散，4℃下先后加入7 mM的十二烷基苯磺酸钠和100 mM的吡咯，得到电沉积液B。将以镀氧化铟锡聚酯导电膜为载体的纤维膜A作为阳极，铂片作为阴极，浸入沉积液B中，两极间施加1 mA/cm的直流电，电沉积40 min，清洗干燥后得到石墨烯/聚吡咯复合膜C。使用pH值为8的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制2 mg/ml的多巴胺溶液D，常温下将复合膜C在溶液D中浸泡4 h，随后洗涤干燥后得到最终产物聚多巴胺和石墨烯复合聚吡咯导电神经支架。
实施案例2
将聚乳酸溶于六氟异丙醇中配制成质量体积分数为7 wt%的纺丝液，在13×105 V/m的静电场下电纺丝90分钟，在镀氧化铟锡聚酯导电膜上制备成纳米纤维膜，最后在真空干燥箱中常温干燥，得到聚乳酸静电纺丝膜A。将质量体积分数为0.05 wt%的羧基化氧化石墨烯在超纯水中进行超声分散，4℃下先后加入14 mM的十二烷基苯磺酸钠和80 mM的吡咯，得到电沉积液B。将以镀氧化铟锡聚酯导电膜为载体的纤维膜A作为阳极，铂片作为阴极，浸入沉积液B中，两极间施加3 mA/cm的直流电，电沉积10 min，清洗干燥后得到石墨烯/聚吡咯复合膜C。使用pH值为9的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制3 mg/ml的多巴胺溶液D，常温下将复合膜C在溶液D中浸泡3 h，随后洗涤干燥后得到最终产物聚多巴胺和羧基化氧化石墨烯复合聚吡咯导电神经支架。
实施案例3
将聚乳酸溶于六氟异丙醇中配制成质量体积分数为8 wt%的纺丝液，在15×105 V/m的静电场下电纺丝80分钟，在镀氧化铟锡聚酯导电膜上制备成纳米纤维膜，最后在真空干燥箱中常温干燥，得到聚乳酸静电纺丝膜A。将质量体积分数为0.03 wt%的石墨烯在超纯水中进行超声分散，4℃下先后加入10 mM的十二烷基苯磺酸钠和150 mM的吡咯，得到电沉积液B。将以镀氧化铟锡聚酯导电膜为载体的纤维膜A作为阳极，铂片作为阴极，浸入沉积液B中，两极间施加2 mA/cm的直流电，电沉积20 min，清洗干燥后得到氨基化氧化石墨烯/聚吡咯复合膜C。使用pH值为9的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制2 mg/ml的多巴胺溶液D，常温下将复合膜C在溶液D中浸泡3 h，随后洗涤干燥后得到最终产物聚多巴胺和石墨烯复合聚吡咯导电神经支架。
本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。实施例是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）静电纺丝聚乳酸纤维膜：将聚乳酸溶于六氟异丙醇中配制成质量体积分数为5 wt%~15 wt%的纺丝液，在8~15×105 V/m的静电场下电纺丝10~100分钟，在镀氧化铟锡聚酯导电膜上制备成纳米纤维膜，最后在真空干燥箱中常温干燥，得到聚乳酸静电纺丝膜A；
b）电化学沉积液的配制：将质量体积分数为0.01~0.15 wt%的石墨烯或其衍生物在超纯水中进行超声分散，4℃下先后加入5~15 mM的十二烷基苯磺酸钠和40~200 mM的吡咯，得到电沉积液B；
c）电化学沉积制备石墨烯复合的聚吡咯导电层：将以镀氧化铟锡聚酯导电膜为载体的纤维膜A作为阳极，铂片作为阴极，浸入沉积液B中，两极间施加0.5~5 mA/cm的直流电，电沉积10~60 min，清洗干燥后得到石墨烯或其衍生物/聚吡咯复合膜C；
d）多巴胺溶液的配制：使用pH值为8~11的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制1.0~3.3 mg/mL的多巴胺溶液D；
e）聚多巴胺的复合：将复合膜C在溶液D中浸泡1.0~5.0 h，随后洗涤干燥后得到最终产物聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架。
2.根据权利要求1所述聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法，其特征在于，步骤b）中，石墨烯衍生物包括氧化石墨烯、羧基化氧化石墨烯、氨基化氧化石墨烯的任意一种。
3.根据权利要求1所述聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法，其特征在于，步骤b）的电化学沉积液中，石墨烯或其衍生物的质量分数为0.01~0.15wt%，十二烷基苯磺酸钠的浓度为5~15 mM，吡咯浓度为40~200 mM。
4.根据权利要求1所述聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法，其特征在于，步骤c）中，所述的电化学沉积方式：以镀氧化铟锡聚酯导电膜为载体的丝膜A作为阳极，铂片作为阴极，电流为0.5~5 mA/cm，时间为10~60 min。
5.根据权利要求1所述聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法，其特征在于，步骤d）中，多巴胺溶液使用pH值为8~10的三羟甲基氨基甲烷缓冲液配制，多巴胺浓度为1.0~3.3mg/mL。
6.根据权利要求1所述聚多巴胺和石墨烯或其衍生物复合聚吡咯导电神经支架的制备方法，其特征在于，步骤e）中，复合膜C在多巴胺溶液D中的浸泡时间为1.0~4.5 h。
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