CN114288470B - 一种基于蝴蝶鳞翅的导电神经导管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于蝴蝶鳞翅的导电神经导管及其制备方法，该方法通过在蝴蝶鳞翅表面修饰还原氧化石墨烯并包覆一层含有神经营养因子BDNF的甲基丙烯酸化明胶溶液，紫外光将其固化，然后卷曲制成神经导管。所制备的神经导管内表面平行排列的微纳结构能够引导神经细胞沿着鳞翅脊的方向定向延伸，同时水凝胶中的BDNF可以缓慢释放，能够有效地促进神经再生。这种基于蝴蝶鳞翅的神经导管以蝴蝶鳞翅作为原材料，易于获得，成本低廉，安全无毒，结合了纳米仿生、定向诱导和营养因子缓释等多种促进神经再生的因素。
Description
技术领域
本发明涉及神经科学领域，具体涉及一种基于蝴蝶鳞翅的导电神经导管及其制备方法。
背景技术
周围神经损伤是一种十分常见的疾病，神经一旦缺则意味着某些部位感觉、运动功能的丧失，给患者带来极大的痛苦，因此其修复和功能重建一直是神经科学领域的重大难题。短距离的神经缺损可通过自体移植的方法进行修复，但对于长距离缺损，自体移植存在供体不足等诸多问题。近年来，植入神经导管以桥接受损的近远端从而修复神经缺损一直是一个研究热点。
神经导管通常是以生物材料制备而成的管状支架以桥接神经断端，为神经再生提供适宜的微环境，同时通过定向诱导、神经营养作用等促进神经再生。神经导管除了要具有优异的生物相容性以外，还需具有一定的力学性能和机械强度防止植入后的导管塌陷，除此之外，神经导管还应具备一定的可调控性，可根据实际修复情况调节导管长度、直径等参数以达到最好的修复效果。同时，神经系统处于复杂的电学微环境之中，生物体内存在的生理电活动在维持正常生理过程中必不可少。而传统的神经修复支架因导电性差甚至不具备导电性而无法实施电信号传递以刺激和引导神经细胞的生长及轴突再生。因而寻找具有电活性的支架材料已成为神经组织工程研究的重要内容。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于蝴蝶鳞翅的导电神经导管及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种神经导管，包括全部或部分由蝴蝶鳞翅构成的内壁。
可选地，所述蝴蝶鳞翅表面填充有导电材料。
可选地，所述蝴蝶鳞翅表面包覆有神经营养因子。
可选地，所述导电材料为还原氧化石墨烯、碳纳米管、电纺丝中的一种或多种。
可选地，所述神经导管的轴向与所述蝴蝶鳞翅的微纳结构的方向一致。
可选地，所述内壁包括一层或者多层蝴蝶鳞翅。
一种神经导管的制备方法，包括以下步骤：
将蝴蝶鳞翅卷曲呈管状。
可选地，用等离子体进行亲水性处理蝴蝶鳞翅，在所述蝴蝶鳞翅的表面布置导电材料。
可选地，所述布置导电材料的步骤包括：将氧化石墨烯水分散液滴加在亲水处理后的蝴蝶鳞翅上，使得氧化石墨烯填充在鳞翅表面平行排列的纳米脊之间的间隙内，晾干后还原鳞翅表面的氧化石墨烯。
可选地，以所述蝴蝶鳞翅微纳结构取向方向为轴向，将蝴蝶鳞翅卷曲呈管状。
本发明的有益效果：
(1)本发明选用表面具有定向排列的微纳结构的蝴蝶鳞翅作为原材料构建神经导管，鳞翅表面的微纳结构取向度高，有利于神经细胞的粘附、伸展和定向生长，从而促进神经组织的再生。
(2)本发明使用具有定向微纳结构的蝴蝶鳞翅制备神经导管，未使用复杂、昂贵、条件苛刻的等离子蚀刻以及光蚀刻等技术，极大地降低了时间成本和经济成本。
(3)本发明的具有还原氧化石墨烯片层修饰的基于蝴蝶鳞翅的神经导管，操作方法简单，具有良好的导电性和生物相容性，重复性好，而且能够根据具体需求定制特定尺寸的神经导管，本发明在神经缺损的修复中具有很大的应用潜力。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本申请的一些示例的神经导管制作过程示意图；
图2为本申请的一些示例中用到的大蓝闪碟鳞翅表面微纳结构的扫描电镜图像；
图3为本申请的一些示例中的修饰后的大蓝闪碟鳞翅生物相容性的评估；
图4为本申请的一些示例的神经导管的扫描电镜图像。
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作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所示，一种基于蝴蝶鳞翅的导电神经导管的制备方法，所述的神经导管按如下步骤实现：
截取长方形蝴蝶鳞翅薄片，并用等离子体进行亲水性处理，蝴蝶鳞翅的扫描电镜图像可以如图2所示。其中，蝴蝶鳞翅可以选自大蓝闪蝶、小蓝闪蝶、西方蓝闪蝶、欢乐女神闪蝶、大陆闪蝶中的至少一种。
将氧化石墨烯水分散液滴加在亲水处理后的鳞翅上，氧化石墨烯片层会填充在鳞翅表面平行排列的纳米脊之间的间隙内，自然晾干后将鳞翅浸于氢碘酸溶液中以还原蝴蝶鳞翅表面的氧化石墨烯，这种处理方式有利于保留蝴蝶鳞翅表面的微纳结构。
形成还原氧化石墨烯后，使得蝴蝶鳞翅表面形成导电区域。其中，还可以将还原氧化石墨烯替换为其他的一种或者多种导电材料，例如碳纳米管、电纺丝等。
鳞翅表面包覆含有神经营养因子的水凝胶溶液，紫外光聚合。其中，神经营养因子可以是BDNF、NGF、NT-3中的至少一种。水凝胶前聚体例如为甲基丙烯酸化明胶或细胞外基质水凝胶。在所述水凝胶溶液中，所述神经营养因子的浓度可以是0.1-100μg/mL。
以鳞翅微纳结构取向方向为轴向，将蝴蝶鳞翅卷曲成所述仿生神经导管，本申请的一些示例中，制得的神经导管如图4所示。其中，神经导管的管壁可以是由蝴蝶鳞翅卷曲形成，并且蝴蝶鳞翅卷曲层数可以是为单层或多层。根据使用的需要，还可以在制作时对导管的轴向尺寸与径向尺寸进行调整。
在本发明的一些示例中，还公开了一种神经导管，包括全部或部分由蝴蝶鳞翅构成的内壁。神经导管的内壁上可以设置导电材料，例如为还原氧化石墨烯、碳纳米管、电纺丝中的一种或多种。蝴蝶鳞翅的表面具有微纳结构，并且神经导管的轴向与所述微纳结构的取向相一致。如图2所示，蝴蝶鳞翅表面具有大致沿图片的纵向延伸或取向的微纳结构。可以理解的是，这里的“相一致”指的并不是微纳结构的取向完全与神经导管的轴向相平行或者重合。
本示例中的神经导管借助了蝴蝶鳞翅表面的微纳结构取向度高的特点，神经细胞能够根据其所接触的材料表面的拓扑结构而取向生长，将定向排列的拓扑结构引入神经导管材料更有利于引导神经细胞桥接神经断端，有利于神经细胞的粘附、伸展和定向生长，从而促进神经组织的再生。
如图3所示，采用的小鼠神经干细胞分别培养在普通培养皿(对照组)和通过上述示例的制备方法处理过的闪碟鳞翅上，然后通过CCK8实验评估材料对神经干细胞的活性是否产生影响。实验结果显示，相比之下两组的细胞活性基本相似。由此可见，上述示例的蝴蝶鳞翅与小鼠神经干细胞有较好的生物相容性。
可以理解的是，当神经导管的内壁含有蝴蝶鳞翅的时候，就能够达到上述记载的技术效果。因此，在神经导管的两端部、外周耦合或者增设其他材料，也不妨碍上述效果的实现。
本发明的一些示例中，公开了一种基于大蓝闪碟鳞翅-还原氧化石墨烯-神经营养因子BDNF的导电神经导管的制备方法，可以包括以下步骤：
(1)首先将大蓝闪蝶鳞翅正面朝上，等离子体处理，使表面超疏水的蝴蝶鳞翅获得亲水性，然后切其成长10mm，宽8mm的长方形薄片。
(2)将4mg/mL氧化石墨烯片层分散液滴加在蝴蝶鳞翅表面，氧化石墨烯片层填充在鳞翅表面平行排列的纳米脊之间的间隙内，而不改变鳞翅表面的拓扑结构，自然晾干。
(3)将修饰了氧化石墨烯的蝴蝶鳞翅置于氢碘酸溶液中过夜以还原氧化石墨烯，得到表面修饰有还原氧化石墨烯的蝴蝶鳞翅。
(4)在蝴蝶鳞翅表面滴加含有10μg/mL神经营养因子BDNF的6％的甲基丙烯酸化明胶溶液并通过紫外光聚合，得到基于蝴蝶鳞翅-还原氧化石墨烯- 神经营养因子的导电材料。
(5)导管支架制备完成后，沿着鳞翅表面微纳结构的取向方向卷绕成导管，即获得所述基于蝴蝶鳞翅的导电神经导管。
根据上述的示例，可以理解的是，虽然本发明的一些示例中制备的材料是蝴蝶鳞翅，但是其他的具有取向性的微纳结构的昆虫的鳞翅也能够应用在上述的示例中。
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 (10)
1.一种神经导管，包括全部或部分由蝴蝶鳞翅构成的内壁。
2.根据权利要求1所述的神经导管，其特征在于，所述蝴蝶鳞翅表面填充有导电材料。
3.根据权利要求1所述的神经导管，其特征在于，所述蝴蝶鳞翅表面包覆有神经营养因子。
4.根据权利要求2所述的神经导管，其特征在于，所述导电材料为还原氧化石墨烯、碳纳米管、电纺丝中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的神经导管，其特征在于，所述神经导管的轴向与所述蝴蝶鳞翅的微纳结构的方向一致。
6.根据权利要求1所述的神经导管，其特征在于，所述内壁包括一层或者多层蝴蝶鳞翅。
7.一种神经导管的制备方法，包括以下步骤：
将蝴蝶鳞翅卷曲呈管状。
8.根据权利要求7所述的神经导管的制备方法，其特征在于，用等离子体进行亲水性处理蝴蝶鳞翅，在所述蝴蝶鳞翅的表面布置导电材料。
9.根据权利要求8所述的神经导管的制备方法，其特征在于，所述布置导电材料的步骤包括：将氧化石墨烯水分散液滴加在亲水处理后的蝴蝶鳞翅上，使得氧化石墨烯填充在鳞翅表面平行排列的纳米脊之间的间隙内，晾干后还原鳞翅表面的氧化石墨烯。
10.根据权利要求7所述的神经导管的制备方法，其特征在于，以所述蝴蝶鳞翅微纳结构取向方向为轴向，将蝴蝶鳞翅卷曲呈管状。
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