一种石墨烯导管组合物、导管制备方法及应用与流程

本发明涉及生物医学技术领域，具体涉及一种石墨烯导管组合物、导管制备方法及应用。

背景技术：

各种生物医用导管，目前包括降解和非降解的导管，如聚乙烯管就曾经被用来做神经导管研究神经再生情况，由于导管的不降解，神经再生完成后，导管如果不处理，可能造成组织纤维化，引起炎症等毒副作用，临床应用效果不是十分理想。目前发展到各种生物可降解材料制备各种生物医用导管，如胶原蛋白、聚乳酸等，但是由于这些材料单独使用也存在一些问题如，强度、神经再生的速度以及毒副作用等缺点。到最近发展到对这些导管进一步研究，如在导管的表面或内部进行各种有利于体内各种腔道损伤的再生，如在导管的表面进行细胞修饰、载各种促进腔道生长的活性物质，如神经导管的神经生长因子、血旺细胞等。

神经导管尽管已经取得一定的研究进展，如中国发明专利cn100479785c(授权日2009.4.12)公开了一种制备神经导管的方法，但是与自体神经修复还存在一定的距离。另外还有多个专利公开了不同的制备方法(中国发明专利cn101439205a，公开日2009.5.27；cn101507842a，公开日2009.8.19、cn106668938a，公开日2017.05.17；cn106924820a，公开日2017.07.07)，但是这些导管要么存在强度、毒副作用、质量控制或成本等问题。尽管有各种导管的制备报道，但是都不具有理想的生物医学导管。理想的导管应该具有：具有足够的强度、弹性、硬度等；可降解性且在体内等到所损伤的组织再生完全，而完全降解，不需要再次进行手术取出；材料尽量无毒副作用；合适降解周期；能引导组织朝合适的方向生长；有防止不需要的组织再生等。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，克服现有神经导管或其它导管存在的问题，如目前人工神经导管无法达到自体神经移植的效果等，本发明提供了一种石墨烯导管组合物、导管制备方法及应用。采用以石墨烯和其它生物相容可降解的材料制备的人工神经导管可以达到甚至优于自体神经移植后再生的神经功能，除了本发明的技术防范可以达到，目前没有任何人工神经导管可以达到如此性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种石墨烯导管组合物，包括以下质量百分含量的各组分：

生物可降解材料90-99.5％；

石墨烯0.5-10％。

优选地，所述的石墨烯导管组合物，包括以下质量百分含量的各组分：

生物可降解材料95-99％；

石墨烯1-5％。

优选地，所述生物可降解材料选自聚乳酸(pla)、聚乳酸-聚羟基乙酸(plga)、聚己内酯(pcl)、丝蛋白、胶原、明胶、透明质酸、壳聚糖中的一种或多种的任意组合。

优选地，所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯中的一种、任意两种或三种的混合物。石墨烯具有导电性能好及强的л-л键，这些有利于组织再生。

本发明还提供了一种石墨烯导管，包括导管和生物粘附物质层，所述生物粘附物质层设置在导管内壁；所述导管采用前述的石墨烯导管组合物制备。

优选地，所述导管的平均孔径为0.01cm到10cm，生物粘附物质层的平均孔径为0.001-5000μm。

优选地，所述导管的平均孔径为0.01到10μm，生物粘附物质层的平均孔径为10-1000μm。

优选地，所述生物粘附物质选自多巴胺、生物粘附肽(rgd)、细胞外基质中的任意一种或多种的混合物。

优选地，所述导管的厚度为0.002μm-10000μm，生物粘附物质层的厚度为0.001μm-5000μm。

本发明还提供了一种石墨烯导管的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：

a、将所述的石墨烯导管组合物中的各组分按比例混合得混合物；

b、将步骤a制得的混合物进行3d打印或静电纺丝，制得导管；

c、将导管的内部采用3d打印或静电纺丝喷涂一层生物粘附物质，并进行交联固化，即得所述石墨烯导管。

优选地，所述步骤a中，混合物的制备包括采用将生物可降解材料和石墨烯混合制备混悬液，或采用将石墨烯加入熔融的生物可降解材料中混合制得。

优选地，所述方法还包括将步骤c制得的石墨烯导管进行消毒和灭菌，然后包装的步骤。

所述的石墨烯导管制备方法利用3d打印或静电纺丝生物降解的材料和石墨烯共融或有机溶剂，成型各种生物医学应用的导管，尤其是神经导管；在导管成型后，根据需要在导管的内壁打印或喷涂一层生物粘附物质，有利于诱导细胞在导管分化和生长。

本发明还提供了一种前述方法制备的石墨烯导管的应用，所述应用包括用于神经再生、血管再生、胆管再生、淋巴管再生、食管再生、气管再生、肠道再生、输尿管再生中的任意一种或其腔道辅助再生。

优选地，所述应用为神经再生和血管再生。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提供了一种具有生物学所需要的导管支架，并有理想的生物医学功能材料，制备简单、成本低、质量容易控制、应用广等优点。采用本发明的生物可降解材料组合物制备的导管，可以促进神经、血管等再生、增殖、分化等。体内实验显示动物外周神经如坐骨神经修复优于自体神经移植，具有现实和临床应用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明制备的神经导管形貌图；其中，图1a为神经导管的外部形貌；图1b为神经导管的内部形貌；

图2为本发明实施例3采用纯pcl导管的再生神经透射电镜检测结果图；

图3为本发明实施例3采用自体神经移植的再生神经透射电镜检测结果图；

图4为本发明实施例3采用1％的石墨烯和pcl组合物制备的神经导管的再生神经透射电镜检测结果图；

图5为本发明制备的导管的体外细胞生物相容性结果图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

以下实施例提供了一种石墨烯导管组合物，包括以下质量百分含量的各组分：

生物可降解材料90-99.5％；

石墨烯0.5-10％。

所述生物可降解材料选自聚乳酸(pla)、聚乳酸-聚羟基乙酸(plga)、聚己内酯(pcl)、丝蛋白、胶原、明胶、透明质酸、壳聚糖中的一种或多种的任意组合。

所述石墨烯为单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯中的一种、任意两种或三种的混合物。石墨烯具有导电性能好及强的л-л键，这些有利于组织再生。

以下实施例还提供了一种石墨烯导管，包括导管和生物粘附物质层，所述生物粘附物质层设置在导管内壁；所述导管采用前述的石墨烯导管组合物制备。

所述导管的平均孔径为0.01cm到10cm，生物粘附物质层的平均孔径为0.001-5000μm。

所述生物粘附物质选自多巴胺、生物粘附肽(rgd)、细胞外基质中的任意一种或多种的混合物。

所述导管的厚度为0.002μm-10000μm，生物粘附物质层的厚度为0.001μm-5000μm。

所述石墨烯导管的制备方法，所述方法具体包括以下步骤：

a、将所述的石墨烯导管组合物中的各组分按比例混合得混合物；

b、将步骤a制得的混合物进行3d打印或静电纺丝，制得导管；

c、将导管的内部采用3d打印或静电纺丝喷涂一层生物粘附物质，并进行交联固化，即得所述石墨烯导管。

所述步骤a中，混合物的制备包括采用将生物可降解材料和石墨烯混合制备混悬液，或采用将石墨烯加入熔融的生物可降解材料中混合制得。

所述方法还包括将步骤c制得的石墨烯导管进行消毒和灭菌，然后包装的步骤。

实施例1石墨烯导管组合物的制备

以总重量100％计，将石墨烯(为单层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯中的至少一种)重量比分别为0.5％、1％、2％、5％和10％和生物可降解材料(pcl、pla、plga、胶原、明胶或它们的任意组合物)重量比分别为99.5％、99％、98％、95％和90％充分混匀；所述混合的方法包括：采用热熔生物可降解材料(温度高于材料的熔点温度，如pla温度高于80摄氏度)、或用有机溶剂(如二氯甲烷、乙酸乙酯)或水溶解生物可降解材料(如生物可降解材料为pcl、pla或plga时采用有机溶剂溶解，生物可降解材料为胶原或明胶时用水溶解)，然后把石墨烯加入后混匀，即制得石墨烯导管组合物。

实施例2石墨烯导管的制备

把上述实施例1的导管材料进行静电纺丝制备导管，采用常规的静电纺丝技术制备各种需要的导管；或者采用3d打印技术，打印各种导管；或者采用导管模具制备各种所需要的导管，如单层石墨烯或多层石墨烯pla导管、氧化石墨烯pla导管、单层石墨烯或多层石墨烯pcl导管、氧化石墨烯pcl导管、单层石墨烯或多层石墨烯pcla导管、氧化石墨烯pcla导管等均可通过本实施例方法制备得到。如3d打印的和1％的石墨烯pcl神经导管(如图1所示)具有良好神经再生性能如弹性模量比纯pcl打印要好(分别是48.32和31.77mpa)等。

实施例3动物体内外周神经再生

把实施例2制备的导管(我们选取了1％的石墨烯的pcl材料3d打印的神经导管)植入大鼠的坐骨神经(修复15mm的损伤)，结果如图4所示，并同时对比了采用纯pcl导管和自体神经移植修复的结果，如图2-3所示。对比图2-4的结果可知，采用1％的石墨烯pcl导管明显优于自体神经和纯pcl导管。

实施例4动物体内外安全和生物相容性

我们把上述制备的导管进行体外细胞毒性评价和体内生物相容性评价，体外细胞生物相容性结果如图5，结果显示我们的导管在生物安全性和生物相容性均好于对照组。我们把导管植入动物体内6个月和12月、24个月，然后把导管取出并干燥称重与初始导管相比发现分别减少10％、40％、90％，即导管被降解和被体内吸收。

实施例5含有生物粘附层氧化锌导管组合物的制备及评价

按照实施例2制备导管，以总重量100％计，将石墨烯(重量比分别0.5％、1％、2％、5％和10％)和生物可降解材料(pcl、pla、plga、胶原、明胶或它们的任意组合物)重量比分别为99.5％、99％、98％、95％和90％充分混匀；所述混合的方法包括：采用热熔生物可降解材料(温度高于材料的熔点温度，如pla温度高于80摄氏度)、或用有机溶剂(如二氯甲烷、乙酸乙酯)或水溶解生物可降解材料(如生物可降解材料为pcl、pla或plga时采用有机溶剂溶解，生物可降解材料为胶原或明胶时用水溶解)，然后把石墨烯加入后混匀，即制得氧化锌导管组合物。然后按照在导管的表面喷涂一层1％生物粘附物质(多巴胺、生物粘附肽(rgd)、细胞外基质中的任意一种或多种的混合物)。并进行如实施例3和4所述的试验并进行效果评价。本实施例在导管内喷涂一层生物粘附物质后，其动物体内外周神经再生的结果以及动物体内外安全和生物相容性均优于实施例2制备的没有生物粘附层的导管。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。