[发明专利]一种柔性纳米电极的制备方法及其在促进眼部三叉神经细胞生长中的应用

说明书

本发明属于纳米生物材料与组织工程领域，公开了一种柔性纳米电极的制备方法及其在促进眼部三叉神经细胞生长中的应用。本发明通过简便的边缘功能化球磨法，将导电高分子（如苯胺）单体与鳞片石墨共混球磨，一步法制备聚苯胺功能化石墨烯纳米材料将其分散液均匀地涂层到经等离子体处理过的ITO‑PET膜表面，得到柔性纳米电极。将本发明制备的纳米电极应用于角膜三叉神经细胞的粘附生长，并施加一定电场之后，发现神经元细胞轴突的长度增加了60%。实验结果证实，在柔性纳米电极上施加电场刺激后，能大幅提高神经细胞的再生能力，该电极具有良好的机械柔韧性和光透明度，有望用于眼内器件的开发与应用。

技术领域

本发明属于纳米生物材料与组织工程领域，具体涉及一种柔性纳米电极的制备方法及其在促进眼部三叉神经细胞生长中的应用。

背景技术

神经损伤会引起整个神经系统的不正常工作，从而导致病人物理和心理的功能损伤甚至丧失。因此，如何实现受损神经元的修复与再生，是神经科学家和临床医生们一直致力于解决的重大挑战。电刺激一直以来，被认为是一种对于神经系统和创伤修复有潜在意义的技术。电活性组织(如周围神经、中枢神经系统、脑深部及肌肉等)被视为有可能通过电刺激技术实现临床的修复。当这些组织(或细胞)被置于一个合适的电场中时，电活性组织细胞的部分轴突膜就被人为去极化，从而导致了跨轴突的动作电位。虽然受损神经系统的结构和功能修复依赖于很多因素，但是很多报道证实了电刺激技术是能够促进神经轴突的生长的。研究发现，受损的神经系统经过电刺激处理后，能够提高细胞存活率和更好的保持系统功能。

电刺激技术在临床应用中遇到的一个瓶颈性问题就是缺乏合适的电刺激电极。现有的传统金属电极(如铂)或金属氧化物(如氧化铱)尽管具有很好的导电性和稳定性，但是缺乏足够的安全电荷注入极限(Q_inj，即电化学电容)。譬如，周围神经的电刺激需要高电荷每脉冲，也就是在相对较小尺寸的电极上具有较高的电荷存储能力。同时，传统电极有限的机械柔韧性也限制着电刺激技术在临床的普及。因此，科学家们将导电高分子引入到电刺激电极，用于提高传统电极的电化学活性。近年来，石墨烯纳米电极由于其优异的电学、机械、和生物性能，也被广泛的考虑作为电刺激电极的候选。通过吸电子元素如氮对石墨烯晶格的掺杂，可以发现石墨烯电极的电化学活性得到了迅速的提高。更进一步用含氮的高分子(如导电高分子)材料功能化石墨烯，可以更简便的得到具有高电化学活性的另类形式的氮掺杂石墨烯。

石墨烯及其衍生物由于其良好的电化学活性和生物相容性，已经在神经修复领域有了优异的表现，有望应用于促进神经组织细胞的粘附、增殖及神经突生长等，如修复坐骨神经缺损、促进神经干细胞分化。由于眼部神经的特殊性，只有采用具有良好透光性极及一定柔性的电极进行电刺激才能保证其角膜的透明性，同时不损伤眼部其他相关组织。目前医用电极多由金属材料如银、钨等制备，均不具有透明性，因此不适合长期对眼部相关神经完成电刺激作用。针对眼部角膜三叉神经细胞的电刺激材料，目前还未有过报道。

本发明针对这些瓶颈问题，致力于在氮掺杂石墨烯的基础上，构建具有高电化学活性的柔性纳米电极，用于神经细胞的电刺激生长。

发明内容

本发明针对电刺激技术在神经元的修复与再生应用上所遇到的传统电极电化学活性差的瓶颈问题，提供了基于氮掺杂石墨烯的适用于眼部三叉神经的新型柔性纳米电极的制备方法，方法简单。

本发明的另一个目的在于提供了柔性纳米电极在促进眼部三叉神经细胞生长中的应用，将该材料用于眼部神经细胞的电刺激生长，促进神经轴突的修复与再生。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明通过简便的边缘功能化球磨法，将导电高分子(如苯胺)单体与鳞片石墨共混球磨，一步法制备聚苯胺功能化石墨烯纳米材料。该方法通过球磨过程中的机械化学反应，使得苯胺单体边缘功能化石墨片层结构。利用在球磨过程中产生的热量，使得苯胺单体逐渐聚合。随着聚合物分子链的增长，逐步撑开石墨片层结构，削弱片层间键能，剥离得到聚苯胺修饰的氮掺杂石墨烯纳米片。