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一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料及其制备方法与应用，属于生物医用材料领域。该制备方法包括如下步骤：利用软光刻技术及熔融铸膜工艺制备具有微纳米级沟槽拓扑结构的PDMS基底；将聚乳酸‑羟基乙酸共聚物溶于有机溶剂中，再加入聚3,4‑乙撑二氧噻吩，溶剂蒸发后获得均匀分散的PLGA/PEDOT复合材料；将所得复合材料均匀铺展在PDMS基底上，再进行加热熔融铸膜处理，冷却后将薄膜从PDMS基底上剥离下来，即得到具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料。本发明的制备工艺简单，成本较低，所得薄膜结合了导电高分子和表面图案化的优势，可应用于外周神经组织工程支架的制备。

Description

一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料及其制备方 法与应用
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料及其制备方法与应用。
背景技术
外周神经修复和功能恢复过程中都伴随着生物电的产生。生物电作为一个重要的生理因素参与许多生物学过程，维持细胞的稳定性、胚胎发育、伤口愈合等。聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）具有较高的电传导性、稳定性、较好的机械性能，良好的控制释放生物分子的能力以及较好的生物相容性，在生物医学工程领域具有很大的潜在应用价值。目前PEDOT在生物医学领域主要用于生物传感器材料，药物控制释放，神经探针等。组织工程方面PEDOT 导电可降解支架材料的研究国内外报道较少。而聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)是一种可降解的功能高分子有机化合物，具有良好的生物相容性、生物降解性且降解速度可控、无毒、良好的成囊和成膜的性能，在生物医学工程领域有广泛的用途。
表面图案化是指利用微加工技术在生物材料表面构建不同的拓扑图案，使细胞选择性地粘附于特定区域形成图案化分布。研究表明，细胞的这种图案化分布会对细胞的铺展、吸附、取向、增殖和分化等一系列行为造成影响。因此，利用这种方法可以进行细胞生物学的基础研究，也可以利用这种方式对细胞行为进行调控，制备出能对细胞产生积极影响的第三代生物医用材料。
目前关于物理拓扑结构和电刺激相结合应用于外周神经修复材料的构建的研究较少。通过对二维图案化材料的卷曲处理实现材料的三维化，制备一种具有良好修复效果的电刺激增强型外周神经修复导管，实现引导神经细胞定向轴突延伸和加速神经元成熟的双重调控，这种方式可为神经修复组织工程支架构建提供新思路。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料及其制备方法与应用。所得薄膜表面具有微纳米级拓扑结构，这种拓扑结构可对细胞的行为进行调控，并且该复合薄膜具有电刺激响应功能。
本发明的目的通过以下技术方案实现。
一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）采用CAD软件绘制微纳米级结构的俯视图，制成掩膜版，用掩膜版通过光刻技术在硅片上形成微纳米级结构，然后在硅片上浇注PDMS预聚物与固化剂，交联固化后得到带有微纳米级结构的PMDS印章；
（2）将乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）置于有机溶剂中至PLGA溶解，并搅拌均匀；
（3）向步骤（2）所得的PLGA溶液中加入无水乙醇分散的聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）溶液，继续搅拌，使PEDOT均匀分散在PLGA溶液中；
（4）将步骤（3）中所得复合溶液的溶剂挥发获得均匀分散的PLGA/PEDOT复合材料；
（5）将步骤（4）中所得PLGA/PEDOT复合材料均匀铺展在步骤（1）所得的带有微纳米级结构的PMDS印章上，置于真空干燥箱内，抽真空并加热处理进行熔融铸膜，待冷却后，将具有微纳米级结构的PLGA/PEDOT复合薄膜从PDMS印章上剥离，即可得到一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料。
进一步地，步骤（1）所述PMDS印章上的图案为沟槽图案或点阵图案。
更进一步地，步骤（1）所述PMDS印章上的图案为沟槽图案。
进一步地，步骤（2）中所述有机溶剂为二氯甲烷，所述二氯甲烷的体积与PLGA的质量之比为0.15mL/g-5.0mL/g。
进一步地，步骤（2）中所述搅拌的速率为100-300r/min。
进一步地，步骤（3）中所述PEDOT为纳米级颗粒。
进一步地，所述PEDOT与PLGA的质量比为1%-10%。
进一步地，步骤（2）、（3）和（4）都在通风橱内进行。
进一步地，步骤（5）中PLGA/PEDOT复合材料加热熔融铸膜的温度为100-300℃。
由以上任一项所述的制备方法制得的一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料。
以上所述的一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料应用于制备外周神经组织工程支架。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的方法能在PLGA/PEDOT复合薄膜表面精确构建微纳米级结构，能调控细胞的行为。且PEDOT具有导电性，可实现电刺激响应功能，实现物理拓扑结构和电刺激相结合应用于外周神经修复材料的制备。
（2）本发明方法相较于传统的微加工的方法而言具有工艺简单，成本较低的优势。
附图说明
图1为本发明的PLGA/PEDOT复合导电材料表面图案化微沟槽结构制备流程图。
图2为实施例2制备的样品的表面形貌图。
图3a为实施例1所得材料表面微沟槽结构可以调控神经模式细胞群体在材料表面的空间分布图。
图3b为实施例3所得材料表面微沟槽结构可以调控神经模式细胞群体在材料表面的空间分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施进行进一步详细说明，但本发明的具体实施方式不限于此。
对比例1
（1）在平滑硅片上浇注PDMS预聚物，交联固化后得到无图案的PMDS基底。
（2）称取20gPLGA于50ml二氯甲烷中，利用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，搅拌速率为150 r/min，搅拌48h，形成均匀的PLGA溶液。
（3）将1.0gPEDOT加入到50毫升离心管中，加入30ml无水乙醇超声分散均匀，然后将分散液加入到步骤（2）的PLGA溶液中，继续搅拌3天，搅拌速率为150 r/min，搅拌48h，形成PLGA/PEDOT复合溶液。
（4）在通风橱内，将步骤（3）中所得复合溶液中的溶剂挥发获得均匀分散的PLGA/PEDOT复合材料。
（5）将步骤（4）中所得PLGA/PEDOT复合材料均匀平铺在步骤（1）所得的PDMS基底上，置于真空干燥箱中进行加热熔融铸膜处理，温度150℃，加热4小时。冷却后，将无图案的PLGA/PEDOT复合薄膜从PDMS基底上剥离，即可得到无图案的PLGA/PEDOT复合薄膜，制备流程如图1所示，命名为Smooth。
实施例1
（1）采用CAD软件绘制微纳米级拓扑结构图案的俯视图，沟槽间距为200μm，沟槽宽度为25μm，制成掩膜版，用掩膜版通过光刻技术在硅片上制备微纳米沟槽结构，然后在硅片上浇注PDMS预聚物，交联固化后得到带有微纳米沟槽结构的PMDS印章。
（2）称取20gPLGA于50ml二氯甲烷中，利用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，搅拌速率为150 r/min，搅拌48h，形成均匀的PLGA溶液。
（3）将1.0gPEDOT加入到50毫升离心管中，加入30ml无水乙醇超声分散均匀，然后将分散液加入到步骤（2）的PLGA溶液中，继续搅拌3天，并进行超声震荡，搅拌速率为150 r/min，搅拌48h，形成PLGA/PEDOT复合溶液。
（4）在通风橱内，将步骤（3）中所得复合溶液中的溶剂挥发获得均匀分散的PLGA/PEDOT复合材料。
（5）将步骤（4）中所得PLGA/PEDOT复合材料均匀平铺在步骤（1）所得的PDMS印章上，置于真空干燥箱中进行加热熔融铸膜处理，温度150℃，加热4小时。冷却后，将具有沟槽结构的PLGA/PEDOT复合薄膜从PDMS基底上剥离，即可得到具有微纳米沟槽结构的复合薄膜，制备流程如图1所示，命名为W25D50。
本实施例所制备的表面图案化微结构对细胞行为的调控如图3a所示，图案化微结构可以调控PC12细胞在沟槽内粘附和分布。
实施例2
（1）采用CAD软件绘制3D微沟槽图案的俯视图，沟槽间距为200μm，沟槽宽度为50μm，制成掩膜版，用掩膜版通过光刻技术在硅片上制备3D微沟槽图案，然后在硅片上浇注PDMS预聚物，交联固化后得到带有3D微沟槽图案的PMDS基底。
（2）称取20gPLGA于50ml二氯甲烷中，利用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，搅拌速率为150 r/min，搅拌48h，形成均匀的PLGA溶液。
（3）将1.0gPEDOT加入到50毫升离心管中，加入30ml无水乙醇超声分散均匀，然后将分散液加入到步骤（2）的PLGA溶液中，继续搅拌3天，搅拌速率为150 r/min，搅拌48h，形成PLGA/PEDOT复合溶液。
（4）在通风橱内，将步骤（3）中所得复合溶液中的溶剂挥发获得均匀分散的PLGA/PEDOT复合材料。
（5）将步骤（4）中所得PLGA/PEDOT复合材料均匀平铺在步骤（1）所得的PDMS印章上，置于真空干燥箱中进行加热熔融铸膜处理，温度150℃，加热4小时。冷却后，将具有沟槽结构的PLGA/PEDOT复合薄膜从PDMS基底上剥离，即可得到具有微纳米沟槽结构的复合薄膜，制备流程如图1所示，命名为W50D50。
本实施例所制备的表面具有微米沟槽结构的复合导电材料扫描电镜观察结构如图2所示。
实施例3
（1）采用CAD软件绘制3D微沟槽图案的俯视图，沟槽间距为200μm，沟槽宽度为100μm，制成掩膜版，用掩膜版通过光刻技术在硅片上制备3D微沟槽图案，然后在硅片上浇注PDMS预聚物，交联固化后得到带有3D微沟槽图案的PMDS基底。
（2）称取20gPLGA于50ml二氯甲烷中，利用磁力搅拌器对溶液进行搅拌，搅拌速率为150 r/min，搅拌48h，形成均匀的PLGA溶液。
（3）将1.0gPEDOT加入到50毫升离心管中，加入30ml无水乙醇超声分散均匀，然后将分散液加入到步骤（2）的PLGA溶液中，继续搅拌3天，搅拌速率为150 r/min，搅拌48h，形成PLGA/PEDOT复合溶液。
（4）在通风橱内，将步骤（3）中所得复合溶液中的溶剂挥发获得均匀分散的PLGA/PEDOT复合材料。
（5）将步骤（4）中所得PLGA/PEDOT复合材料均匀平铺在步骤（1）所得的PDMS印章上，置于真空干燥箱中进行加热熔融铸膜处理，温度150℃，加热4小时。冷却后，将具有沟槽结构的PLGA/PEDOT复合薄膜从PDMS基底上剥离，即可得到具有微纳米沟槽结构的复合薄膜，命名为W100D50。
本实施例所制备的表面图案化微结构对细胞行为的调控如图3b所示，图案化微结构可以调控PC12细胞在沟槽内粘附和分布。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。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。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）采用CAD软件绘制微纳米级结构的俯视图，制成掩膜版，用掩膜版通过光刻技术在硅片上形成微纳米级结构，然后在硅片上浇注PDMS预聚物与固化剂，交联固化后得到带有微纳米级结构的PMDS印章；
（2）将PLGA置于有机溶剂中至PLGA溶解，并搅拌均匀；
（3）向步骤（2）所得的PLGA溶液中加入无水乙醇分散的PEDOT溶液，继续搅拌，使PEDOT均匀分散在PLGA溶液中；所述PEDOT为纳米级颗粒；所述PEDOT与PLGA的质量比为1%-10%；
（4）将步骤（3）中所得复合溶液的溶剂挥发获得均匀分散的PLGA/PEDOT复合材料；
（5）将步骤（4）中所得PLGA/PEDOT复合材料均匀铺展在步骤（1）所得的带有微纳米级结构的PMDS印章上，置于真空干燥箱内，抽真空并加热处理进行熔融铸膜，待冷却后，将具有微纳米级结构的PLGA/PEDOT复合薄膜从PDMS印章上剥离，即可得到一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述PMDS印章上的图案为沟槽图案或点阵图案。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述PMDS印章上的图案为沟槽图案。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述有机溶剂为二氯甲烷，所述二氯甲烷的体积与PLGA的质量之比为0.15mL/g-5.0mL/g。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述搅拌的速率为100-300r/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）中PLGA/PEDOT复合材料加热熔融铸膜的温度为100-300℃。
7.由权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料。
8.权利要求7所述的一种具有微纳米级拓扑结构的导电神经修复材料应用于制备外周神经组织工程支架。
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