本發(fā)明涉及一種神經(jīng)導(dǎo)管及其制備方法，具體涉及一種微針陣列增強(qiáng)的可控自發(fā)電人工神經(jīng)導(dǎo)管及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、周圍神經(jīng)缺損是臨床常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，常常由交通事故、墜落傷、地震災(zāi)害、火器傷以及醫(yī)源性損傷等引發(fā)。而周圍神經(jīng)缺損一旦發(fā)生很難實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，臨床治療如斷端縫合術(shù)、自體神經(jīng)移植等仍然面臨著難以修復(fù)長距離缺損、供體來源不足、倫理限制等諸多問題。近年來，組織工程的發(fā)現(xiàn)為長距離的外周神經(jīng)缺損提供了較好的修復(fù)方法，采用組織工程的方法進(jìn)行體外神經(jīng)重構(gòu)不受倫理和損傷距離的限制，適合長距離的周圍神經(jīng)修復(fù)，是組織中周圍神經(jīng)修復(fù)的一種重要方式，具有廣闊的應(yīng)用前景。

2、目前理想的人工神經(jīng)導(dǎo)管主要有以下要求：1、合適的生物降解性；2、良好的生物相容性；3、相匹配的力學(xué)性能；4、具有促組織再生功能。此外，由于神經(jīng)組織的特殊性，周圍神經(jīng)修復(fù)和功能恢復(fù)過程中都伴隨著生物電的產(chǎn)生。生物電作為一個(gè)重要的生理因素參與許多生物學(xué)過程，起到維持細(xì)胞的穩(wěn)定性、胚胎發(fā)育、傷口愈合等作用。研究發(fā)現(xiàn)，電刺激可以調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的一系列行為和功能，如細(xì)胞-表面受體積累、細(xì)胞骨架排布、細(xì)胞形態(tài)及定向排列、細(xì)胞內(nèi)鈣水平的變化、跨膜通道的激活及細(xì)胞的增殖分化等。賦予神經(jīng)導(dǎo)管導(dǎo)電性能，為周圍神經(jīng)修復(fù)提供一個(gè)電生理微環(huán)境，可以調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的新陳代謝，促進(jìn)軸突延伸和髓鞘化，對周圍神經(jīng)修復(fù)具有重要的意義。

3、外源性電刺激也是軸突損傷后臨床上最常用的非手術(shù)治療方法，但外源性電刺激需要在神經(jīng)缺損兩端埋入電極，患者需長期配戴電源設(shè)備，治療結(jié)束后還需要取出埋入的電極，對患者的生活造成一定影響。近年來，自發(fā)電型神經(jīng)導(dǎo)管開始受到研究者的關(guān)注，其在移植進(jìn)體內(nèi)之后能夠持續(xù)產(chǎn)生電壓，無需外加電源。構(gòu)建具有自發(fā)電性能的導(dǎo)電神經(jīng)導(dǎo)管，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)自發(fā)電刺激，可以防止外源電刺激帶來的感染風(fēng)險(xiǎn)。然而，采用壓電材料在體內(nèi)自發(fā)電時(shí)其發(fā)電量的大小與其接收到的機(jī)械能大小息息相關(guān)，而周圍神經(jīng)損傷處往往沒有運(yùn)動功能，能給予壓電材料的機(jī)械刺激非常有限，導(dǎo)致壓電材料產(chǎn)生的自發(fā)電強(qiáng)度較低。而若是采用體外超聲的方式賦予其機(jī)械能，也會因?yàn)槌曇鸬臒嵝?yīng)和空化效應(yīng)對神經(jīng)恢復(fù)產(chǎn)生一定的阻礙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種既能導(dǎo)電、又能在體內(nèi)高效可控自發(fā)電的神經(jīng)導(dǎo)管及其制備方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、首先，本發(fā)明提供了一種神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法，其包括以下步驟：

4、(1)制備含有基底材料、壓電材料和導(dǎo)電材料的混合溶液；

5、(2)將步驟(1)制得的混合溶液倒入微針陣列模具中，真空干燥后清洗；

6、(3)洗脫步驟(2)處理后的微針陣列模具，得到微針貼片；

7、(4)將步驟(3)所得微針貼片干燥后卷曲成管狀，得到所述神經(jīng)導(dǎo)管。

8、本發(fā)明的神經(jīng)導(dǎo)管在制備原料上同時(shí)使用了基底材料、壓電材料和導(dǎo)電材料。其中，導(dǎo)電材料使其具有導(dǎo)電性能，能夠部分代替神經(jīng)缺損實(shí)現(xiàn)生物電信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)，減輕靶肌萎縮；壓電材料使其具有壓電性能，能夠?qū)崿F(xiàn)體內(nèi)無創(chuàng)自發(fā)電，調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的新陳代謝和炎癥細(xì)胞行為，促進(jìn)雪旺細(xì)胞髓鞘化和神經(jīng)元成熟，而且無需外接電源，減小術(shù)后感染風(fēng)險(xiǎn)。由此，本發(fā)明的人工神經(jīng)導(dǎo)管同時(shí)具有導(dǎo)電和壓電雙重活性，兩者協(xié)同模擬體內(nèi)電生理環(huán)境，促進(jìn)細(xì)胞新陳代謝，共同促進(jìn)周圍神經(jīng)缺損修復(fù)進(jìn)程。此外，加入的基底材料能保證神經(jīng)導(dǎo)管具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和可控的生物降解性，防止因受到肌肉組織的擠壓而塌陷，阻礙周圍神經(jīng)再生，還能夠耐手術(shù)縫合，并在周圍神經(jīng)再生修復(fù)過程中實(shí)現(xiàn)降解替代。

9、更為重要的是，本發(fā)明神經(jīng)導(dǎo)管在制備過程中還使用了微針陣列模具，在電活性材料表面構(gòu)建微針陣列，通過不同參數(shù)的微針尖端效應(yīng)聚集更多電荷,增強(qiáng)對神經(jīng)細(xì)胞和組織的電刺激，使自發(fā)電刺激更加高效可控的同時(shí)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也有利于神經(jīng)細(xì)胞的排列引導(dǎo)。這樣能引導(dǎo)scs細(xì)胞形成büngner帶，從而引導(dǎo)軸突向遠(yuǎn)端靶器官延伸這些生物活性物質(zhì)可以營養(yǎng)神經(jīng)元細(xì)胞，促進(jìn)神經(jīng)突起生長，提高人工神經(jīng)導(dǎo)管的促神經(jīng)再生能力。

10、本發(fā)明的神經(jīng)導(dǎo)管通過電活性材料體系與微針陣列形貌相結(jié)合，同時(shí)具有微針陣列結(jié)構(gòu)與導(dǎo)電壓電活性，在其共同作用下，可以產(chǎn)生協(xié)同放大電壓的效果，促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)。

11、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，如下(a)-(d)中的至少一項(xiàng)：

12、(a)所述基底材料為聚l-丙交酯-己內(nèi)酯(plcl)；

13、(b)所述壓電材料為聚偏氟乙烯(pvdf)、左旋聚乳酸(plla)中的至少一種；

14、(c)所述導(dǎo)電材料為pedot:pss、還原氧化石墨烯(rgo)、聚吡咯(ppy)、聚苯胺(pani)、mxene、碳納米管(cnts)中的至少一種。

15、(d)所述含有基底材料、壓電材料和導(dǎo)電材料的混合溶液中，溶劑為有機(jī)溶劑；優(yōu)選地，所述有機(jī)溶劑為n，n-二甲基甲酰胺、氯仿、二氯甲烷中的至少一種。

16、本發(fā)明神經(jīng)導(dǎo)管優(yōu)選以聚l-丙交酯-己內(nèi)酯(plcl)為主要制備原料，聚l-丙交酯-己內(nèi)酯(plcl)是丙交酯與己內(nèi)酯的開環(huán)共聚物，通過調(diào)節(jié)丙交酯和己內(nèi)酯兩種聚合物單體的投料比可以調(diào)控其降解速率和機(jī)械性能，是一種具有優(yōu)異力學(xué)性能和良好生物相容性的組織工程材料。

17、上述壓電材料中，聚偏氟乙烯(pvdf)是具有優(yōu)越壓電性的聚合物，它還具有柔韌性好、無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好、密度低、阻抗低、壓電電壓常數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。plla也有較好的壓電性能，且具有更好的降解性能。

18、上述導(dǎo)電材料均具有較高的電傳導(dǎo)性、穩(wěn)定性和生物相容性，作為導(dǎo)電高分子材料應(yīng)用于電活性神經(jīng)導(dǎo)管構(gòu)建，可以賦予其良好的導(dǎo)電性能。

19、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述基底材料為聚l-丙交酯-己內(nèi)酯，所述壓電材料為聚偏氟乙烯，所述導(dǎo)電材料為pedot:pss；或者所述基底材料為聚l-丙交酯-己內(nèi)酯，所述壓電材料為左旋聚乳酸，所述導(dǎo)電材料為還原氧化石墨烯。采用plcl作為基底材料，復(fù)合壓電材料pvdf和導(dǎo)電材料pedot:pss，得到一種可生物降解和具有較好機(jī)械強(qiáng)度的壓電、導(dǎo)電雙重電活性材料，結(jié)合微針陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)體內(nèi)高效可控自發(fā)電刺激，為周圍神經(jīng)再生提供電生理微環(huán)境，促進(jìn)軸突延伸和髓鞘化。

20、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述含有基底材料、壓電材料和導(dǎo)電材料的混合溶液中，導(dǎo)電材料的質(zhì)量百分比為4％-8％，基底材料與壓電材料的質(zhì)量比為(5-7)：(3-5)。

21、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(1)中，制備含有基底材料、壓電材料和導(dǎo)電材料的混合溶液的方法為：

22、將壓電材料和基底材料分別溶解于有機(jī)溶劑中，得到壓電材料的溶液和基底材料的溶液；

23、將壓電材料的溶液和基底材料的溶液混合均勻，得到混合溶液a；

24、向混合溶液a中加入導(dǎo)電材料的溶液，得到所述含有基底材料、壓電材料和導(dǎo)電材料的混合溶液。

25、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述壓電材料的溶液和基底材料的溶液的制備方法為：將壓電材料和基底材料分別溶解于有機(jī)溶劑中，均攪拌2-4小時(shí)，分別混合均勻，得到所述壓電材料的溶液和基底材料的溶液。

26、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的更優(yōu)選實(shí)施方式，所述壓電材料的溶液中壓電材料的濃度為10％(w/v)，所述基底材料的溶液中基底材料的濃度為10％(w/v)。

27、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述混合溶液a的制備方法為：將壓電材料的溶液和基底材料的溶液混合后，攪拌2-4小時(shí)至混合均勻，得到所述混合溶液a。更優(yōu)選地，所述壓電材料的溶液和基底材料的溶液的體積比為7:3、6:4或5:5。

28、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述含有基底材料、壓電材料和導(dǎo)電材料的混合溶液的制備方法為：向混合溶液a中加入導(dǎo)電材料的溶液，攪拌0.5-1小時(shí)至混合均勻，得到所述含有基底材料、壓電材料和導(dǎo)電材料的混合溶液。

29、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述微針陣列模具通過微電子機(jī)械系統(tǒng)(mems)工藝制備。微針陣列模具可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。

30、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述微針陣列模具為pdms微針陣列模具。

31、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述微針陣列模具的表面具有圓錐形或三棱錐形的微針陣列凹槽。更優(yōu)選地，所述微針陣列模具為圓錐形微針陣列模具。

32、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述微針陣列模具的針高為100-1000μm，底部直徑為400-900μm，針尖距離為500-1000μm。該尺寸的微針陣列模具與細(xì)胞尺寸相匹配，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有利于接觸引導(dǎo)細(xì)胞黏附，促進(jìn)雪旺細(xì)胞遷移與büngner帶形成。

33、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(2)中，真空干燥的溫度為55-140℃，時(shí)間為12-48h。

34、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(2)中，真空干燥后將微針陣列模具浸泡于無水乙醇中清洗。

35、作為本發(fā)明所述神經(jīng)導(dǎo)管的制備方法的優(yōu)選實(shí)施方式，所述步驟(4)中，將步驟(3)所得微針貼片卷曲成管狀后，使用手術(shù)縫線或醫(yī)用膠固定，得到所述神經(jīng)導(dǎo)管。

36、另外，本發(fā)明還提供了采用上述制備方法制備得到的神經(jīng)導(dǎo)管。本發(fā)明的神經(jīng)導(dǎo)管是微針陣列增強(qiáng)的可控自發(fā)電人工神經(jīng)導(dǎo)管，該神經(jīng)導(dǎo)管具有良好的生物相容性，足夠支撐神經(jīng)細(xì)胞生長的力學(xué)支架性能，以及促進(jìn)神經(jīng)修復(fù)的電活性。本發(fā)明神經(jīng)導(dǎo)管表面的微針陣列結(jié)構(gòu)能夠促進(jìn)細(xì)胞黏附，加速雪旺細(xì)胞büngner帶形成，通過尖端效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)高效壓電。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

38、1、本發(fā)明同時(shí)引入導(dǎo)電壓電雙重電活性材料與微針陣列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種微針陣列增強(qiáng)的可控自發(fā)電人工神經(jīng)導(dǎo)管，該神經(jīng)導(dǎo)管具有良好的生物相容性，滿足神經(jīng)修復(fù)力學(xué)支撐性能以及臨床術(shù)中應(yīng)用的可縫合性；其導(dǎo)電性能促進(jìn)生物電信號傳導(dǎo)，減輕因神經(jīng)缺損產(chǎn)生的靶肌萎縮，而壓電性能實(shí)現(xiàn)體內(nèi)無創(chuàng)自發(fā)電，無需外接電源，減小術(shù)后感染風(fēng)險(xiǎn)，能夠在一定程度上解決目前人工神經(jīng)導(dǎo)管存在的問題。

39、2、本發(fā)明的神經(jīng)導(dǎo)管具有微針陣列結(jié)構(gòu)，能夠促進(jìn)黏附，引導(dǎo)scs細(xì)胞形成büngner帶，從而引導(dǎo)軸突向遠(yuǎn)端靶器官延伸這些生物活性物質(zhì)可以營養(yǎng)神經(jīng)元細(xì)胞。同時(shí)，本發(fā)明制得的人工神經(jīng)導(dǎo)管通過微針陣列所產(chǎn)生的尖端效應(yīng)，在導(dǎo)體的帶電量及其周圍環(huán)境相同情況下，導(dǎo)體尖端曲率小，面電荷密度越高,可以通過尖端效應(yīng)與導(dǎo)電壓電雙重電活性材料發(fā)揮協(xié)同作用，通過適宜電刺激促進(jìn)神經(jīng)突起生長，加速周圍神經(jīng)缺損修復(fù)。通過這種方法制備的微針貼片可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求，設(shè)計(jì)不同的微針針高、底部直徑、針尖距離參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自發(fā)電刺激強(qiáng)度的定量調(diào)控，調(diào)控神經(jīng)細(xì)胞軸突再生和髓鞘化。

40、3、本發(fā)明制得的人工神經(jīng)導(dǎo)管對微針結(jié)構(gòu)參數(shù)與自發(fā)電強(qiáng)度之間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模擬和多項(xiàng)式擬合，找到微針結(jié)構(gòu)參數(shù)與自發(fā)電強(qiáng)度之間的數(shù)量關(guān)系，通過微針結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整改變自發(fā)電強(qiáng)度，從而應(yīng)用于不同組織的修復(fù)工程。