CN111001036B - 一种单壁碳纳米管复合材料导电神经套管及其制备方法与应用 - Google Patents

一种单壁碳纳米管复合材料导电神经套管及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单壁碳纳米管复合材料导电神经套管及其制备方法与应用。该单壁碳纳米管复合材料导电神经套管，由包括管体和覆盖在所述管体表面的涂层组成；所述管体为含羧基的单壁碳纳米管；所述涂层与所述管体之间通过物理吸附和化学键结合的方式结合在一起；所述涂层为复合水凝胶。本发明制备的导电神经套管具有良好的生物相容性、导电性等优良特性，实现了修复大段神经缺损并促进外周神经修复。

Description

一种单壁碳纳米管复合材料导电神经套管及其制备方法与 应用
技术领域
本发明属于生物材料领域，涉及一种单壁碳纳米管复合材料导电神经套管及其制备方法与应用。
背景技术
周围神经损伤导致的肢体瘫痪与功能障碍的治疗是医学科学的世界性难题，随着我国经济的快速发展，交通和生产事故等意外创伤导致的周围神经损伤患者逐年增加。此外产伤、肿瘤切除等疾病也同样的加剧了周围神经损伤患者数量。外周神经损伤后阻断了轴突的连续性，远端到损伤部位神经纤维的溃变及轴突断裂神经元的最终死亡，最终导致了受损伤神经到失神经支配机体之间的运动、感觉、自主神经功能部分或者全部缺失。外周神经损伤后，有赖于恢复神经的连续性从而诱导断裂轴突的再生，尤其是神经缺损超过4cm，必须由外来移植物填充缺损。目前填充神经缺损的移植物主要有三类：自体神经移植，同种异体神经移植以及生物材料。自体移植即采用了“拆东墙补西墙”的办法，虽为金标准，但供体部位失去神经支配后也带来了失神经功能障碍；同种异体移植，具有免疫排斥、安全性和伦理学等诸多问题；故此，生物材料为目前解决上述问题的可选择方法之一。
明胶甲基丙烯酰胺(gelatin methacryloyl，GelMA)水凝胶主要利用明胶与甲基丙烯酰胺化学交联产生，由于明胶源于天然细胞外基质(extracellular matrix,ECM)重要组成成分——胶原的水解产物，含有大量能够促进细胞粘附的RGD序列arginine-glycine-aspartic acid(RGD)sequences)，且FDA已经批准明胶相关产品用于临床，故此GelMA水凝胶拥有优异的生物相容性，低免疫原性及良好的化学修饰潜质。
多巴胺为贻贝足蛋白提取物具有很好的黏附效应，其分子中的儿茶酚残基既是氢键的给体又是氢键的受体，而且氢键作用被认为是多巴胺具有高黏附性的原因。目前研究也表明多巴胺能够促进细胞的粘附、伸展和增值。
碳纳米管(carbonnanotubes,CNTs)具有优良的导电性能和纳米形貌结构，广泛应用于各个领域。基于CNTs的水凝胶能够为组织或者细胞提供合适的形貌、导电和机械性能，而且可以模拟细胞外基质促进的增值、延长和分化。CNTs水凝胶支架填充外周神经缺损的同时，不仅恢复了物理的连续性，还恢复了神经的电传导，同时为轴突的再生提供了优良的微环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种单壁碳纳米管复合材料导电神经套管及其制备方法与应用。该单壁碳纳米管复合材料导电神经套管能够桥接两端神经断端、促进外周神经再生，且具有导电性能。
本发明提供的单壁碳纳米管复合材料导电神经套管，由包括管体和覆盖在所述管体表面的涂层组成；
所述管体为含羧基的单壁碳纳米管；
所述涂层与所述管体之间通过物理吸附和化学键结合的方式结合在一起；
所述涂层为复合水凝胶。
上述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管中，所述复合水凝胶由甲基丙烯酰胺改性明胶和多巴胺复合而成。
所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管的长度为15mm，内径1.2mm，外径1.4mm。
本发明提供的制备所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管的方法，包括：
1)将甲基丙烯酰胺改性明胶、所述含羧基的单壁碳纳米管及光引发剂混匀置于模具中定型后，进行光交联反应，得到水凝胶支架材料；
2)将步骤1)所得水凝胶支架材料与多巴胺混合进行氧化接枝反应，得到所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管。
上述方法的步骤1)中，所述光引发剂为Irgacure 2959；
所述甲基丙烯酰胺改性明胶、所述含羧基的单壁碳纳米管及光引发剂的质量比为1g：5mg：5mg；；
所述甲基丙烯酰胺改性明胶以水溶液的形式参与反应；甲基丙烯酰胺改性明胶的水溶液中，甲基丙烯酰胺改性明胶和水的用量比为1g：10ml；
所述定型步骤中，温度为-80℃具体为24小时；
所述光交联反应步骤中，温度为室温；时间为30min；所述光交联中，所用光为紫外光。
该步骤中，所述甲基丙烯酰胺改性明胶(GelMA)的制备方法包括：1g明胶溶于10ml双蒸水中(10％(w/v))，50℃水浴、搅拌直至完全溶解。随后加入0.6ml甲基丙烯酸酐并不断搅拌。3小时后，加入足量双蒸水稀释，终止此反应。混合物溶液装入12～14kDa的透析袋内放入40℃双蒸水，每6小时更换一次双蒸水透析一周，最后冷冻干燥，4℃保存。
所述步骤2)中，水凝胶支架材料与多巴胺的质量比为1：0.005；
所述氧化接枝反应步骤中，温度为50℃；时间为3小时；
所述氧化接枝反应在缓冲液中进行；所述缓冲液具体为三羟甲基氨基甲烷-盐酸(Tris-HCI，pH＝8.5)的缓冲液；
所述多巴胺在所述缓冲液中的浓度为0.5mg/ml。
所述方法还包括：在所述步骤2)氧化接枝反应步骤之后，将反应产物用双蒸水浸泡清洗，冷冻干燥。
另外，上述本发明提供的单壁碳纳米管复合材料导电神经套管在制备神经修复和/或填充中的应用及含有所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管的神经修复和/或填充的产品，也属于本发明的保护范围。其中，所述神经具体为外周神经。
本发明相对于现有技术的有益效果：
1.采用GelMA以及多巴胺利用光交联方法制备了复合水凝胶神经套管支架材料，增强了支架材料的生物相容性，光交联剂反应后变为无毒物质，保证了水凝胶的无毒性；
2.通过加入碳纳米管，能够使神经套管支架材料具有电学性能，修复了神经缺损的电学特性，而且增强了其机械性能；
3.神经套管材料能够在结构上恢复神经缺损，有利于细胞的爬附，同时形成了一个有利于神经修复的微环境。
附图说明
图1为聚多巴胺生成示意图。
图2为一种单壁碳纳米管复合材料神经套管的制备示意图。
图3为模具。
图4为实施例1制得的单壁碳纳米管复合材料神经套管。
图5为用实施例1所得神经套管修复神经缺损的术中图。
图6为长满神经组织的套管。
图7为图6局部放大图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。
实施例1、
1)制备甲基丙烯酰胺改性明胶(GelMA)
1g明胶溶于10ml双蒸水中(10％(w/v))，50℃水浴、搅拌直至完全溶解。随后加入0.6ml甲基丙烯酸酐并不断搅拌。3小时后，加入足量双蒸水稀释，终止此反应。混合物溶液装入12～14kDa的透析袋内放入40℃双蒸水，每6小时更换一次双蒸水透析一周，最后冷冻干燥待用。
2)GelMA与含羧基单壁碳纳米管置于模具中交联反应制成中空水凝胶支架材料
1g步骤1)冷冻干燥产物溶于10ml双蒸水中，50℃水浴、搅拌直至完全溶解。加入5mg含羧基单壁碳纳米管以及0.5mgIrgacure 2959，避光条件下并搅拌5小时，随后，在真空条件下倒入模具中(如图3所示)，并随即转移至-80℃。24小时后拆除磨具，室温条件下，紫外线灯下照射30min。
3)步骤2)支架材料接枝聚多巴胺
适量多巴胺溶解于10mM的三羟甲基氨基甲烷-盐酸(Tris-HCI，pH＝8.5)的缓冲液中，终浓度为0.5mg/ml。步骤2)制得水凝胶支架材料1g放入此溶液中，在有氧气存在条件下，5mg多巴胺氧化成聚多巴胺，并接枝到步骤2)材料上，即形成涂层。
4)冷冻干燥步骤3)产物：
将步骤3)用双蒸水浸泡清洗，冷冻干燥，得到本发明提供的单壁碳纳米管复合材料导电神经套管。
按照上述方法制备得到的单壁碳纳米管复合材料导电神经套管如图4所示，长度为15mm，内径1.2mm，外径1.4mm。
SD大鼠坐骨神经缺损10mm模型，用此神经套管修复神经缺损，术中图如图5所示，动物手术过程，SD大鼠，200-250g，雌雄不限。将SD大鼠经异氟烷诱导麻醉，并术中维持。取右侧臀部沿着坐骨神经体表部位切开皮肤及肌肉，暴露出坐骨神经。钝性分离坐骨神经周围组织，剪去10mm神经组织造成神经缺损，用10-0缝线将神经套管套接缝合神经缺损两端，注意保持神经缺损部位为10mm，随后冲洗伤口，最后缝合肌肉及皮肤。连续三天注射抗生素。
神经套管移植物移植SD大鼠体内12周后，取材进行HE染色，HE染色步骤：SD大鼠麻醉状态下，经心脏灌流多聚甲醛，取右侧神经组织，连带神经套管一起取下，经固定，30％蔗糖脱水后，OCT包埋剂进行包埋。随后冰冻切片，厚度为8um。最后经过HE染色常规步骤(机器一体化染色)，树脂封片，光学显微镜下拍照。
由图6和图7可以观察到套管内长满神经组织。

Claims (10)

1.一种单壁碳纳米管复合材料导电神经套管，由包括管体和覆盖在所述管体表面的涂层组成；
所述管体为含羧基的单壁碳纳米管；
所述涂层与所述管体之间通过物理吸附和化学键结合的方式结合在一起；
所述涂层为复合水凝胶；
所述复合水凝胶由甲基丙烯酰胺改性明胶和多巴胺复合而成。
2.根据权利要求1所述的单壁碳纳米管复合材料导电神经套管，其特征在于：所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管的长度为15mm，内径1.2mm，外径1.4mm。
3.一种制备权利要求1或2所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管的方法，包括：
1)将甲基丙烯酰胺改性明胶、所述含羧基的单壁碳纳米管及光引发剂混匀置于模具中定型后，进行光交联反应，得到水凝胶支架材料；
2)将步骤1)所得水凝胶支架材料与多巴胺混合进行氧化接枝反应，得到所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述光引发剂为Irgacure2959；
所述甲基丙烯酰胺改性明胶、所述含羧基的单壁碳纳米管及光引发剂的质量比为0.1g：5mg：5mg；
所述甲基丙烯酰胺改性明胶以水溶液的形式参与反应；甲基丙烯酰胺改性明胶的水溶液中，甲基丙烯酰胺改性明胶和水的用量比为1g：10mL；
所述定型步骤中，温度为-80℃，时间为24小时；
所述光交联反应步骤中，温度为室温；时间为30min；所述光交联中，所用光为紫外光。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，水凝胶支架材料与多巴胺的用量比为1：0.5；
所述氧化接枝反应步骤中，温度为50℃；时间为3小时；
所述氧化接枝反应在缓冲液中进行；所述缓冲液为三羟甲基氨基甲烷-盐酸(Tris-HCI，pH＝8.5)的缓冲液；
所述多巴胺在所述缓冲液中的浓度为0.5mg/mL。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：所述方法还包括：在所述步骤2)氧化接枝反应步骤之后，将反应产物用双蒸水浸泡清洗，冷冻干燥。
7.权利要求1或2所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管在制备神经修复和/或填充材料中的应用。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于：所述神经为外周神经。
9.含有权利要求1或2所述单壁碳纳米管复合材料导电神经套管的神经修复和/或填充的产品。
10.根据权利要求9所述的产品，其特征在于：所述神经为外周神经。
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