【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于神经科学，具体涉及一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管及其制备方法与应用。
技术介绍
1、由外伤或医源性创伤造成的周围神经系统损伤会导致神经结构及功能受损进而造成患者感觉及运动功能的丧失，给社会和患者带来了巨大的经济压力和身心创伤。为了应对周围神经系统损伤提出的挑战，多种能够桥接缺损神经两端的神经导管被用来诱导神经元排列和促进神经元延伸。近年来，引入多种机械及生化线索构建多功能神经导管用以改善其结构和功能特性成为周围神经损伤治疗中的研究热点。
2、外源性电刺激在神经损伤修读和各种组织工程中显示出良好的潜力，可以促进细胞迁移、神经元延伸、重要信号通路的激活，促进损伤部位的修复和再生。然而，现有的电刺激疗法大多需要开放性创口、经皮导线以及外加电源等，增加了感染的风险。因此，开发能够产生无线电刺激的压电神经导管在周围神经系统损伤修复中具有良好的应用前景。此外，压电元件的制备涉及静电纺丝、相分离和有机溶剂的挥发，限制了生物药物在压电神经导管中的负载。相比之下，水凝胶作为一种高含水量的有效药物负载体系，能够有效装载生物活性药物并作为一种灵活的载药体系集成到多种基底材料中。因而构建实现无线电刺激和药物可控释放的新型神经导管成为神经组织工程研究的前沿方向。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对上述现有技术中存在的传统电刺激疗法容易增加感染风险、压电元件的制备限制了生物活性药物在其中的有效负载等问题，本专利技术提供一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管
2、技术方案：一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，包括全部或部分由复合压电纳米纤维构成的内层和水凝胶外层，所述复合压电纳米纤维为掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物经过静电纺丝制成，具有一致对齐纤维取向。
3、作为优选，所述无机压电纳米粒子为钛酸钡(batio3)、氮化硼(bn)和氧化锌(zno)中的至少一种，所述有机压电聚合物为聚偏二氟乙烯(pvdf)、聚偏二氟乙烯三氟乙烯[p(vdf-trfe)]和聚左旋乳酸(plla)中的至少一种。
4、作为优选，所述掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物由有机溶剂分散，所述有机溶剂为丙酮、2-丁酮(mek)、n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲亚砜(dmso)中的至少一种。
5、作为优选，所述静电纺丝过程由所述掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物溶液在静电纺丝平台进行纺丝后收集获得，聚合物溶液由注射器收集，静电纺丝所加直流电压10～18kv，收集滚筒转速200～3500rpm，注射器针头距滚筒的收集距离为8～15cm，进料速度为0.8～1.5ml/h。
6、基于上述一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管的制备方法，步骤如下：将复合压电纳米纤维沿平行于一致对齐纤维取向的方向卷曲到圆柱状模板上呈中空管状(可以是一层，也可以是多层)，然后嵌套中空硅胶软管，向模板和中空硅胶软管之间的间隙中注入水凝胶前体溶液，固化后去除模具得到压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管。
7、作为优选，所述水凝胶前体溶液为具有温度响应性水凝胶前体溶液，包含n-异丙基丙烯酰胺(nipam)、丙烯酰胺(aam)、n,n-亚甲基双丙烯酰胺(mbaa)、甲基丙烯酸酐化明胶(gelma)和α-羟基异丁酰苯(hmpp)，其中n-异丙基丙烯酰胺的含量为5～10wt％，丙烯酰胺的含量为0～1wt％，n,n-亚甲基双丙烯酰胺的含量为0.17～0.34wt％，甲基丙烯酸酐化明胶的含量为0～9wt％，α-羟基异丁酰苯的含量为1～2vol％。所述温度响应性水凝胶具有热缩冷涨特性，在环境温度升高时水凝胶体积收缩。
8、作为优选，使用乙醇、去离子水依次浸润所述复合压电纳米纤维，将复合压电纳米纤维沿平行于一致对齐纤维取向的方向卷曲到圆柱状模板上，所述圆柱状模板为直径1～1.5mm的不锈钢圆柱体；所述固化方式为冰上紫外光照交联，所述紫外光照时间为10～30秒。
9、基于上述一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管在负载生物活性药物中的应用，步骤如下：将超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管通过浸泡在生物活性药物溶液中从而进行负载。压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管在超声波刺激下能产生电刺激并释放生物活性药物。
10、作为优选，所述生物活性药物为ngf、bdnf或nt-3。
11、作为优选，所述ngf溶液的浓度为2～5μg/ml，浸泡温度为4℃。
12、有益效果：(1)本专利技术选用静电纺丝制备复合压电纳米纤维构建神经导管内层，纳米纤维表面具有一致对齐纳米纤维取向，有利于神经元轴突延伸、定向生长，超声波刺激下复合压电纳米纤维产生的无线电刺激进一步促进损伤部位的神经再生，降低了常规电刺激疗法的感染风险。
13、(2)本专利技术选用温度响应性水凝胶构建神经导管外层，交联水凝胶网络能够实现生物活性药物的负载，并在超声波温热效应的局部升温下实现水凝胶网络的收缩，进而可控释放生物活性药物，有效地将生物活性药物集成到压电纳米纤维中实现多重生物物理化学因素共同促进神经再生。
14、(3)本专利技术中超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，集成方法简单，具有良好的电活性，重复性好，且能够根据应用场景定制所需尺寸的神经导管，在周围神经系统损伤修复中具有很大的应用前景。
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1.一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，其特征在于，包括全部或部分由复合压电纳米纤维构成的内层和水凝胶外层，所述复合压电纳米纤维为掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物经过静电纺丝制成。
2.根据权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，其特征在于，所述无机压电纳米粒子为钛酸钡、氮化硼和氧化锌中的至少一种，所述有机压电聚合物为聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯三氟乙烯和聚左旋乳酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，其特征在于，所述掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物由有机溶剂分散，所述有机溶剂为丙酮、2-丁酮、N,N-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，其特征在于，所述静电纺丝过程由所述掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物溶液在静电纺丝平台进行纺丝后收集获得，聚合物溶液由注射器收集，静电纺丝所加直流电压10～18kV，收集滚筒转速200～3500rpm，注射器针头距滚筒的收集距离为8～15cm，进
5.基于权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管的制备方法，其特征在于，步骤如下：将复合压电纳米纤维沿平行于一致对齐纤维取向的方向卷曲到圆柱状模板上呈中空管状，然后嵌套中空硅胶软管，向模板和中空硅胶软管之间的间隙中注入水凝胶前体溶液，固化后去除模具得到压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管。
6.根据权利要求5所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管的制备方法，其特征在于，所述水凝胶前体溶液为具有温度响应性水凝胶前体溶液，包含N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺、N,N-亚甲基双丙烯酰胺、甲基丙烯酸酐化明胶和α-羟基异丁酰苯，其中N-异丙基丙烯酰胺的含量为5～10wt％，丙烯酰胺的含量为0～1wt％，N,N-亚甲基双丙烯酰胺的含量为0.17～0.34wt％，甲基丙烯酸酐化明胶的含量为0～9wt％，α-羟基异丁酰苯的含量为1～2vol％。
7.根据权利要求5所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管的制备方法，其特征在于，使用乙醇、去离子水依次浸润所述复合压电纳米纤维，将复合压电纳米纤维沿平行于一致对齐纤维取向的方向卷曲到圆柱状模板上，所述圆柱状模板为直径1～1.5mm的不锈钢圆柱体；所述固化方式为冰上紫外光照交联，所述紫外光照时间为10～30秒。
8.基于权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管在负载生物活性药物中的应用，其特征在于，步骤如下：将超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管通过浸泡在生物活性药物溶液中从而进行负载。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述生物活性药物为NGF、BDNF或NT-3。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述NGF溶液的浓度为2～5μg/mL，浸泡温度为4℃。
...【技术特征摘要】
1.一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，其特征在于，包括全部或部分由复合压电纳米纤维构成的内层和水凝胶外层，所述复合压电纳米纤维为掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物经过静电纺丝制成。
2.根据权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，其特征在于，所述无机压电纳米粒子为钛酸钡、氮化硼和氧化锌中的至少一种，所述有机压电聚合物为聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯三氟乙烯和聚左旋乳酸中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，其特征在于，所述掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物由有机溶剂分散，所述有机溶剂为丙酮、2-丁酮、n,n-二甲基甲酰胺和二甲亚砜中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管，其特征在于，所述静电纺丝过程由所述掺杂无机压电纳米粒子的有机压电聚合物溶液在静电纺丝平台进行纺丝后收集获得，聚合物溶液由注射器收集，静电纺丝所加直流电压10～18kv，收集滚筒转速200～3500rpm，注射器针头距滚筒的收集距离为8～15cm，进料速度为0.8～1.5ml/h。
5.基于权利要求1所述的一种超声波响应的压电纳米纤维衍生水凝胶神经导管的制备方法，其特征在于，步骤如下：将复合压电纳米纤维沿平行于一致对齐纤维取向的方向卷曲到圆柱状模板上呈中空管状，然后嵌套中空硅胶软管，向模板和中空硅胶软管之间的间隙中注入水凝胶前体溶液，...
【专利技术属性】
技术研发人员：柴人杰，赵远锦，许冬雨，张慧，胡扬楠，程寸土，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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