CN112957371A - 一种磁性纳米线制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁性纳米线制备方法，属于神经系统修复及纳米结构制备领域。一种磁性纳米线制备方法，包括：步骤1：合成具有四氧化三铁内核及二氧化硅涂层的磁性纳米颗粒；步骤2：构建静态磁场，并使静态磁场方向能够在二维平面以任意角度调控；步骤3：将含有Matrigel基质胶的磁性纳米颗粒单分散液滴加于位于静态磁场中的玻片上，通过静态磁场组装磁性纳米颗粒成为磁性纳米线，并通过Matrigel基质胶固定磁性纳米线线性结构。

Description

一种磁性纳米线制备方法
技术领域
本发明涉及神经系统修复及纳米结构制备领域，具体涉及一种磁性纳米线制备方法。
背景技术
干细胞移植疗法已经成为治疗神经系统损伤及神经退行性疾病的重要手段，但移植干细胞所分化的新生神经元神经突的随机生长，以至于无法有效与目标细胞接触并形成突触连接，已成为干细胞移植疗法所面临的重大科学问题。现有的用于诱导神经元定向生长的生物材料，包括纳米纤维，各向异性水凝胶等通常只能够实现神经元的单方向诱导生长，无法适应神经系统复杂的修复环境。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种磁性纳米线制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种磁性纳米线制备方法，包括：
步骤1：合成具有四氧化三铁内核及二氧化硅涂层的磁性纳米颗粒；
步骤2：构建静态磁场，并使静态磁场方向能够在二维平面以任意角度调控；
步骤3：将含有Matrigel基质胶的磁性纳米颗粒单分散液滴加于位于静态磁场中的玻片上，通过静态磁场组装磁性纳米颗粒成为磁性纳米线，并通过Matrigel基质胶固定磁性纳米线线性结构；
步骤4：调整静态磁场方向，重复所述步骤3内容，构建多方向磁性纳米线。
可选地，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：将乙二醇、三氯化铁、乙酸钠、0.4克聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)钠盐、4.5毫克维生素C、20-50微升去离子水混合搅拌；
步骤1.2：将0.24克氢氧化钠加入到所述步骤1.1的混合液中，并将混合液加入反应釜中反应；
步骤1.3：将所述步骤1.2所获得的溶液通过磁场在乙醇和去离子水1：1混合液中清洗，获得Fe3O4颗粒；
步骤1.4：将所述步骤1.3所获得的Fe3O4颗粒溶解于40毫升乙醇和20毫升氨水的混合液中，超声5分钟；
步骤1.5：将所述步骤1.4的混合液加入到三口烧瓶中，置于50摄氏度的水浴中，在600转/分钟的条件下以10微升/分钟的速度在10分钟内向混合液中加入四乙氧基硅烷，保持搅拌1小时；
步骤1.6：将所述步骤1.5所获得的混合液通过磁场在乙醇和去离子水1：1混合液中清洗三次，Fe3O4内核及SiO2涂层的磁性纳米颗粒。
可选地，所述步骤1.2中的反应釜的温度环境配置为190摄氏度。
可选地，所述步骤2中的静态磁场中心强度为20毫特。
可选地，所述步骤3中，Matrigel基质胶的浓度为1％。
本发明还涉及一种通过上述任一方法获得的磁性纳米线。
本发明的有益效果：
本发明提出了通过静态磁场诱导Matrigel基质胶包被的磁性纳米颗粒这一新型磁性纳米线制造方法，相对于现有的磁性纳米线制造方法在神经修复领域具有显著优势。现有的磁性纳米线制造方法，例如四乙氧基硅烷包被等方法，制备过程通常涉及到化学试剂应用，例如四乙氧基硅烷，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐，N-羟基琥珀酰亚胺等磁性纳米颗粒包被及表面基团修饰试剂。本发明所提出的制造方法，使用Matrigel这一富含细胞外基质蛋白的细胞外基质提取物作为磁性纳米颗粒包被及磁性纳米线线性结构固定试剂。相对于化学试剂具有更好的生物相容性，更为适合于神经修复。
本发明所使用的Matrigel基质胶为温度敏感凝胶，在高于22度条件下快速凝固成胶进而固定磁性纳米线线性结构。相对于四乙氧基硅烷等化学试剂，Matrigel基质胶操作过程步骤简单，操作简便。
本发明通过Matrigel基质胶固定磁性纳米线线性结构，并通过顺次连接分段磁性纳米线获得具有方向变化结构的磁性纳米线，相对于三维支架等传统生物材料具有方向灵活可调控的特点，能够实现神经元的多方向诱导生长，更为适合于神经修复领域复杂的修复环境。
本发明所使用的制造磁性纳米线所需的磁性纳米颗粒合成方便，容易获得，成本低廉。
本发明所使用的磁性纳米颗粒具有良好的水溶性，可以通过注射方式直接到达体内修复位置，使用方便。
本发明所使用的静态磁场这一调控方式可以对磁性纳米线组装方向实现非接触式调控，具有显著的临床应用优势。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为神经元多方向诱导生长过程示意图。图A为游离状态磁性纳米颗粒；图B为磁场诱导游离状态磁性纳米颗粒，并滴加Matrigel进行固定；图C为变化磁场方向，组装多方向磁性纳米线；图D为滴加Matrigel固定多方向磁性纳米线；图E为螺旋神经元细胞接种过程；图F为螺旋神经元细胞多方向诱导生长；其中1为磁性纳米颗粒，2为Matrigel，3为磁场方向变化过程，4为单分散螺旋神经元细胞。
图2为磁性纳米颗粒扫描电子显微镜表征图。
图3为磁性纳米线扫描电子显微镜表征图。
图4为多方向磁性纳米线荧光显微镜表征图。
图5螺旋神经元多方向诱导生长荧光图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1～5所示，本发明公开的一个示例中，涉及一种磁性纳米线的制作方法，包括以下步骤：(1)采用水解法及修饰法合成具有四氧化三铁内核及二氧化硅涂层的磁性纳米颗粒；(2)构建静态磁场装置，并使静态磁场方向能够在二维平面以任意角度调控；(3)将含有Matrigel基质胶的磁性纳米颗粒单分散液滴加于位于静态磁场中的玻片上，通过静态磁场组装磁性纳米颗粒成为磁性纳米线，并通过Matrigel基质胶固定磁性纳米线线性结构；(4)调整静态磁场方向，重复步骤3内容，构建多方向磁性纳米线。
在本示例中，从出生后3天的新生小鼠耳蜗中提取螺旋神经元细胞，并接种于上述的磁性纳米线表面。图1给出了神经元多方向诱导生长过程示意图。
进一步地，合成磁性纳米颗粒的具体步骤为：
(a)将16毫升乙二醇，0.29克三氯化铁，1.2克乙酸钠，0.4克聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)钠盐，4.5毫克维生素C，20-50微升去离子水依次加入到三口烧瓶中，将混合液剧烈搅拌30分钟；
(b)保持搅拌，将0.24克氢氧化钠加入到步骤(a)混合液中，并将混合液加入到20毫升容积的聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜中，放置于190摄氏度条件下，反应9小时；
(c)冷却后，将步骤(b)所获得的溶液通过磁场在乙醇和去离子水1：1混合液中清洗三次，即获得Fe3O4颗粒；
(d)将步骤(c)所获得的Fe3O4颗粒溶解于40毫升乙醇和20毫升氨水的混合液中，超声5分钟；
(f)将步骤(d)的混合液加入到三口烧瓶中，置于50摄氏度的水浴中，在600转/分钟的条件下以10微升/分钟的速度在10分钟内向混合液中加入四乙氧基硅烷，保持搅拌1小时；
(g)将步骤(f)所获得的混合液通过磁场在乙醇和去离子水1：1混合液中清洗三次，即获得四氧化三铁内核及二氧化硅涂层的磁性纳米颗粒，图2给出了磁性纳米颗粒的扫描电子显微镜图像。
进一步地，静态磁场构建具体步骤为：
(a)将两块长方形磁铁平行放置于基底表面；
(b)调整磁铁间距并通过高斯计测量静态磁场中心强度，至静态磁场中心磁场强度为优选值20毫特；
(c)固定两块长方形磁铁位置于基底表面。
进一步地，多方向磁性纳米线组装具体步骤为：
(a)将含有Matrigel基质胶的磁性纳米颗粒溶液(磁性纳米颗粒浓度为1μg/ml，Matrigel浓度为1％)滴加于位于静态磁场中心点的玻片上，在37摄氏度及5％二氧化碳浓度条件下孵育4小时，图3给出了磁性纳米线扫描电镜图像；
(b)以磁场中心点为轴，旋转基底调整静态磁场方向，同时调整滴加位点再次向玻片上滴加含有Matrigel基质胶的磁性纳米颗粒溶液，在37摄氏度及5％二氧化碳浓度条件下孵育4小时，图4给出了多方向磁性纳米线明场图像；
进一步地，提取螺旋神经元细胞并接种具体步骤为：
(a)收集出生后3天的新生小鼠颞骨，提取罗森塔尔管，并通过胰酶进行消化，通过移液器枪头机械吹打进行分散，形成螺旋神经元细胞悬液；
(b)使用红细胞计数板测量螺旋神经元细胞浓度，调整螺旋神经元细胞浓度至优选浓度1×105个/毫升；
(c)将螺旋神经元细胞接种于多方向磁性纳米线基底表面，放置于细胞培养箱中，在37摄氏度及5％二氧化碳浓度条件下进行培养，每2天更换一次培养基；
(d)培养7天后，通过免疫荧光技术对螺旋神经元细胞进行染色，并使用激光共聚焦显微镜进行观察，图5给出了螺旋神经元多方向诱导生长荧光图像。
综上所述，通过依次组装方向变化的分段磁性纳米线而获得具有多方向特征的磁性纳米线，能够实现神经元的多方向诱导生长；合成磁性纳米线所用磁性纳米颗粒合成方便，容易获得，成本较低。磁性纳米颗粒具有良好的水溶性，可以通过注射方式进入体内，并且静态磁场可以对磁性纳米线组装方向实现非接触式调控，具有显著的临床应用优势。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (6)

1.一种磁性纳米线制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：合成具有四氧化三铁内核及二氧化硅涂层的磁性纳米颗粒；
步骤2：构建静态磁场，并使静态磁场方向能够在二维平面以任意角度调控；
步骤3：将含有Matrigel基质胶的磁性纳米颗粒单分散液滴加于位于静态磁场中的玻片上，通过静态磁场组装磁性纳米颗粒成为磁性纳米线，并通过Matrigel基质胶固定磁性纳米线线性结构；
步骤4：调整静态磁场方向，重复所述步骤3内容，构建多方向磁性纳米线。
2.根据权利要求1所述的磁性纳米线制备方法，其特征在于，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：将乙二醇、三氯化铁、乙酸钠、0.4克聚(4-苯乙烯磺酸-共聚-马来酸)钠盐、4.5毫克维生素C、20-50微升去离子水混合搅拌；
步骤1.2：将0.24克氢氧化钠加入到所述步骤1.1的混合液中，并将混合液加入反应釜中反应；
步骤1.3：将所述步骤1.2所获得的溶液通过磁场在乙醇和去离子水1：1混合液中清洗，获得Fe3O4颗粒；
步骤1.4：将所述步骤1.3所获得的Fe3O4颗粒溶解于40毫升乙醇和20毫升氨水的混合液中，超声5分钟；
步骤1.5：将所述步骤1.4的混合液加入到三口烧瓶中，置于50摄氏度的水浴中，在600转/分钟的条件下以10微升/分钟的速度在10分钟内向混合液中加入四乙氧基硅烷，保持搅拌1小时；
步骤1.6：将所述步骤1.5所获得的混合液通过磁场在乙醇和去离子水1：1混合液中清洗三次，Fe3O4内核及SiO2涂层的磁性纳米颗粒。
3.根据权利要求2所述的磁性纳米线制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中的反应釜的温度环境配置为190摄氏度。
4.根据权利要求1所述的磁性纳米线制备方法，其特征在于，所述步骤2中的静态磁场中心强度为20毫特。
5.根据权利要求1所述的磁性纳米线制备方法，其特征在于，所述步骤3中，Matrigel基质胶的浓度为1％。
6.一种通过权利要求1～5所述的任一方法获得的磁性纳米线。
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