CN102614032B - 神经移植体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种神经移植体的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管结构；在所述碳纳米管结构表面形成一亲水层；在所述亲水层远离所述碳纳米管结构的表面形成一极性层，该极性层具有与待种植的神经细胞相反的电荷极性；在所述形成有极性层的亲水层表面种植多个神经细胞；以及培养该多个神经细胞直到该相邻的神经细胞相互连接形成一神经网络。
Description
技术领域
本发明涉及一种神经移植体的制备方法，尤其是涉及一种可供生物体移植的神经移植体的制备方法。
背景技术
神经系统主要是由神经细胞(neurons)以及神经胶质细胞(neuron glialcells)构成的一复杂且特异的生物信息传递网络，用以与其它组织或器官建立连结以进行功能协调。神经系统中，是由神经细胞来执行接收刺激、通过传导并输出神经递质(neuron transmitter)以进行组织或器官间的信息沟通，而神经胶质细胞则执行神经细胞物理性支持、营养提供以及调节沟通信息速度等功能。每一神经细胞依据型态包含胞体(cell body)与神经突起(neurite)两部分，神经突起自胞体延伸并朝向其它神经细胞或是其它细胞(例如：肌肉细胞)生长，其中神经突起又分为轴突(axon)与树突(dendrite)两种。一般来说，刺激由树突接收并将冲动传向胞体，冲动经过轴突传导至轴突末端，并释放传导物质给其它细胞。
由于神经系统在生物体内起着协调各组织与器官的作用，其重要性不言可喻。目前，因神经系统受损而导致的神经缺损是临床常见的致残性疾病。其中，通过植入神经移植体来修复受损的神经系统，是神经外科手术用来修复因各种情况引起的神经系统损伤的一种重要手段。现有的神经移植体通常为“桥接”在神经系统受损部位两端的神经管，该神经管是由生物降解材料制成的管状结构。神经系统受损部位一端的神经细胞沿所述神经管内壁生长出神经突起以到达所述神经系统受损部位的另一端。
因此，所述神经管是神经细胞的承载体，所述神经系统受损部位的神经细胞的神经突起受到损伤，通过所述神经管的支撑，受损部位的神经细胞通过自我生长神经突起来完成所述神经系统的修复。然，当受损部位的神经细胞已经死亡时，通过植入上述神经管是不能修复受损的神经系统的。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种神经移植体的制备方法，由该制备方法制备的神经移植体包括神经网络，可以植入生物体内修复神经细胞已经死亡的神经系统。
一种神经移植体的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管结构；在所述碳纳米管结构表面形成一亲水层；对所述亲水层进行极性化处理，使得该亲水层具有一极性化表面；在所述亲水层的极性化表面种植多个神经细胞；以及培养该多个神经细胞直到相邻的神经细胞相互连接形成一神经网络。其中，该极性化表面具有与该多个神经细胞相反的电荷极性。
一种神经移植体的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管结构；将所述碳纳米管结构悬空设置，并在该碳纳米管结构表面形成一二氧化硅层，该二氧化硅层的厚度大于等于1纳米，且小于等于100纳米；将所述形成有二氧化硅层的碳纳米管结构置于一承载体的表面，且该碳纳米管结构设置在该二氧化硅层与该承载体的表面之间；对所述二氧化硅层及所述碳纳米管结构进行灭菌处理；采用多聚赖氨酸溶液处理所述经过灭菌的二氧化硅层；在经过多聚赖氨酸溶液处理过的二氧化硅层的表面种植多个神经细胞；以及培养该多个神经细胞直到该相邻的神经细胞相互连接形成一神经网络。
一种神经移植体的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管结构；在所述碳纳米管结构表面形成一亲水层；在所述亲水层表面形成一极性层；在所述极性层表面种植多个神经细胞；以及培育该多个神经细胞直到该多个神经细胞生长出多个神经突起，且该多个神经细胞之间的神经突起相互连接形成一神经网络。
与现有技术相比较，本发明提供的神经移植体的制备方法通过在该碳纳米管结构表面设置亲水层，并在所述亲水层表面形成所述神经网络以形成神经移植体。所述神经移植体中的碳纳米管结构具有弹性佳、延展性良好及质量轻等优点，因此，所述神经移植体可根据受损神经系统的受损部位的形状、大小进行裁剪、拉伸并植入受损部位。由于该神经移植体包括所述神经网络，该神经网络的神经细胞与所述受损部位两端或边缘的神经细胞的距离较近，因此该神经移植体中的神经细胞与受损部位边缘的神经细胞可以重新建立联系，可以完成神经系统的修复。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的神经移植体的剖面结构的示意图。
图2为本发明实施例采用的一碳纳米管絮化膜的扫描电镜照片。
图3为本发明实施例采用的一碳纳米管碾压膜的扫描电镜照片。
图4为本发明实施例采用的一碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
图5为本发明实施例采用的一碳纳米管结构的扫描电镜照片。
图6为本发明实施例采用的一非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图7为本发明实施例采用的一扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图8为本发明实施例采用的二氧化硅层在单层碳纳米管膜上的透射电镜照片。
图9为本发明实施例所提供的神经移植体的平面结构的示意图。
图10为本发明实施例所提供的一神经移植体的制备方法的流程图。
图11为本发明实施例采用的种植在所述培养基体上的神经细胞分化出多个神经突起时的扫描电镜照片。
图12为本发明实施例所提供的神经移植体经过染色之后的扫描电镜照片。
图13为本发明实施例所提供的神经移植体的剖面结构的示意图。
图14为本发明实施例所提供的一神经移植体的制备方法的流程图。
主要元件符号说明
神经移植体 100；200
培养基体 10；30
碳纳米管结构 12
亲水层 14
极性化表面 16
神经网络 20
神经细胞 21
胞体 22
神经突起 24
极性层 36
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请参阅图1，本发明第一实施例提供一神经移植体100。该神经移植体100包括一培养基体10及分布在该培养基体10表面的一神经网络20。所述神经网络20包括多个神经细胞21，且该多个神经细胞21相互连接形成一网状结构。所述培养基体10的一个表面具有与所述神经网络20的表面电荷极性相匹配的电荷极性，以便使所述神经网络20紧密地吸附在所述培养基体10的表面。
所述培养基体10包括一碳纳米管结构12及一亲水层14。该亲水层14远离所述碳纳米管结构的表面具有电荷极性，且该亲水层14的电荷极性能够与所述神经网络20的电荷极性相匹配，即该亲水层14的表面具有与所述神经网络20表面相反的电荷极性。所述亲水层14设置于该碳纳米管结构12的表面。所述碳纳米管结构12由多个碳纳米管组成。
所述亲水层14形成在所述碳纳米管结构12中的至少部分碳纳米管的表面。具体地，所述亲水层14可以渗透到所述碳纳米管12的内部，使得所述碳纳米管结构12中的每根碳纳米管的表面被所述亲水层14包覆，也可以形成在暴露在所述碳纳米管结构12一表面的碳纳米管表面上。所述亲水层14使得所述碳纳米管结构12的表面具有亲水性，尤其是所述碳纳米管结构12要培养细胞的表面具有亲水性，且该亲水层14具有一极性层，该极性层为亲水层14的极性化表面16。该极性化表面16形成于该亲水层14远离所述碳纳米管结构12的表面，且该极性化表面16表现出与所述神经网络20的神经细胞21相反的电荷极性。该极性化表面16可以使得神经细胞21通过电荷吸附在所述亲水层14上，从而使得所述培养基体10比较容易吸附所述神经细胞21，为神经细胞21的生长和神经网络20的形成提供条件。所述亲水层14的厚度不限，优选地，当该亲水层的厚度可以大于等于1纳米，且小于等于100纳米时，所述培养基体10具有良好的柔韧性及延展性。更优地，该亲水层14的厚度大于1纳米，且小于等于50纳米；如10纳米。所述亲水层14的材料可以为金属氧化物、氧化物半导体等具有亲水性的无机材料。优选地，所述亲水层14的材料为二氧化硅(SiO2)、二氧化钛(TiO2)或铁的氧化物等。
所述碳纳米管结构12由多个碳纳米管组成。优选地，所述碳纳米管结构12中多个碳纳米管之间通过范德华力连接，形成一自支撑结构。所谓“自支撑”即该碳纳米管结构12无需一支撑物支撑，也能保持自身特定的形状。所述碳纳米管结构12为一膜状的自支撑结构，该碳纳米管结构12可为由至少一碳纳米管膜形成的膜状结构，或由至少一碳纳米管线形成的膜状结构。当所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管膜时，该多个碳纳米管膜层叠设置，相邻的碳纳米管膜之间通过范德华力相结合。所述至少一碳纳米管线可以通过弯折、相互交叉、编织或纺织等方式形成碳纳米管膜状结构。所述碳纳米管结构12的厚度可根据具体需求而设置。
由于所述碳纳米管结构12由碳纳米管组成且碳纳米管之间通过范德华力连接，因此所述碳纳米管结构12具有弹性佳、延展性良好及质量轻等优点，便于裁剪和拉伸。另外，碳纳米管具有较好的导电导热及发声特性，所以所述碳纳米管结构也具有良好的导电、导热及发声特性。神经细胞的生长会受到电、热及发声的影响，因此，在包含有所述碳纳米管结构12的所述培养基体10上培养神经细胞，有利于研究热、电以及发声对神经细胞21的影响。需要指出的是，通常情况下，所述碳纳米管结构12中的碳纳米管是指未经过化学或物理处理的碳纳米管，如未经过表面亲水性处理的碳纳米管，即，所述碳纳米管为纯碳纳米管。
所述碳纳米管结构12中的碳纳米管可无序、无规则排列，或者所述碳纳米管结构12中的碳纳米管可有序、有规则排列。具体地，所述无序排列的碳纳米管的延伸方向是无规则的。所述有序排列的碳纳米管的延伸方向可沿一个或多个方向择优取向延伸。
请参阅图2，所述碳纳米管膜可为一碳纳米管絮化膜，该碳纳米管絮化膜为将一碳纳米管原料絮化处理获得的一自支撑的碳纳米管膜。该碳纳米管絮化膜包括相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。碳纳米管的长度大于10微米，优选为200微米到900微米，从而使碳纳米管相互缠绕在一起。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕形成网络状结构。所述碳纳米管絮化膜各向同性。所述碳纳米管絮化膜中的碳纳米管为均匀分布，无规则排列，形成大量尺寸在1纳米到500纳米之间的间隙或微孔。所述碳纳米管絮化膜及其制备方法请参见2008年10月15日公开的，公开号为CN101284662A的中国发明专利申请公开说明书。
所述碳纳米管膜可为一碳纳米管碾压膜，该碳纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳米管阵列获得的一种具有自支撑性的碳纳米管膜。该碳纳米管碾压膜包括均匀分布的碳纳米管，碳纳米管沿同一方向或不同方向择优取向延伸。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管相互部分交迭，并通过范德华力相互吸引，紧密结合，使得该碳纳米管膜具有很好的柔韧性，可以弯曲折迭成任意形状而不破裂。所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管与形成碳纳米管阵列的生长基底的表面形成一夹角β，其中，β大于等于0度且小于等于15度，该夹角β与施加在碳纳米管阵列上的压力有关，压力越大，该夹角越小，优选地，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管平行于该生长基底排列。该碳纳米管碾压膜为通过碾压一碳纳米管阵列获得，依据碾压的方式不同，该碳纳米管碾压膜中的碳纳米管具有不同的排列形式。具体地，请参阅图3，当沿不同方向碾压时，碳纳米管沿不同方向择优取向排列；当沿同一方向碾压时，碳纳米管沿一固定方向择优取向排列。该碳纳米管碾压膜中碳纳米管的长度大于50微米。
该碳纳米管碾压膜的面积与碳纳米管阵列的尺寸基本相同。该碳纳米管碾压膜厚度与碳纳米管阵列的高度以及碾压的压力有关，可为0.5纳米到100微米之间。可以理解，碳纳米管阵列的高度越大而施加的压力越小，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越大；反之，碳纳米管阵列的高度越小而施加的压力越大，则制备的碳纳米管碾压膜的厚度越小。所述碳纳米管碾压膜及其制备方法请参见2008年12月3日公开的，公开号为CN101314464A的中国发明专利申请公开说明书。
所述碳纳米管膜可为一碳纳米管拉膜，所述碳纳米管拉膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。请参阅图4，碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的轴向基本沿同一方向延伸。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳纳米管拉膜的表面。进一步地，所述碳纳米管拉膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。当然，所述碳纳米管拉膜中存在少数偏离该延伸方向的碳纳米管，这些碳纳米管不会对碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体取向排列构成明显影响。所述自支撑为碳纳米管拉膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态，即将该碳纳米管拉膜置于(或固定于)间隔一定距离设置的两个承载体上时，位于两个承载体之间的碳纳米管拉膜能够悬空保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管拉膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。
具体地，所述碳纳米管拉膜中基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管，并非绝对的直线状，可以适当的弯曲；或者并非完全按照延伸方向上排列，可以适当的偏离延伸方向。因此，不能排除碳纳米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多数碳纳米管中并列的碳纳米管之间可能存在部分接触。具体地，该碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段。该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段由多个相互平行的碳纳米管组成。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该碳纳米管拉膜具有较好的透光性，可见光透过率可以达到75％以上。
当该碳纳米管结构包括多个碳纳米管拉膜时，所述多个碳纳米管拉膜层叠设置形成一层状结构。该层状结构的厚度不限。请参阅图5，该多个碳纳米管拉膜中的相邻的碳纳米管拉膜通过范德华力结合。该层状结构中相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，且该α大于0度且小于等于90度。当相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α时，所述多个碳纳米管拉膜中的碳纳米管相互交织形成一网状结构，使所述碳纳米管结构的机械性能增加。如，所述碳纳米管结构包括多层层叠设置的碳纳米管拉膜，且相邻的碳纳米管膜中的碳纳米管之间的交叉角度α大致等于90度，即，相邻碳纳米管拉膜中的碳纳米管的延伸方向大致垂直。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见2010年5月26日公开的，公开号为CN101239712B的中国发明专利说明书。其中，当所述层状结构包括的碳纳米管拉膜的层数比较少，如，小于十层的碳纳米管拉膜，尤其是一层的碳纳米管拉膜，该层状的碳纳米管结构具有比较好的透光性。
所述碳纳米管结构还可为一碳纳米管线状结构，该碳纳米管线状结构包括至少一碳纳米管线，该碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或者扭转的碳纳米管线。当该碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管线时，该多个碳纳米管线可以采用相互交叉或编织等方式形成该碳纳米管线状结构。所述碳纳米管线可以为非扭住的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。
请参阅图6，该非扭转的碳纳米管线包括大多数沿该非扭转的碳纳米管线轴向方向平行排列的碳纳米管。非扭转的碳纳米管线可通过将碳纳米管膜通过有机溶剂处理得到。所述碳纳米管膜包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米-1毫米。具体地，可将挥发性有机溶剂浸润所述碳纳米管膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该挥发性有机溶剂为乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。通过挥发性有机溶剂处理的非扭转碳纳米管线与未经挥发性有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。
请参阅图7，该扭转的碳纳米管线包括大多数绕该扭转的碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。该碳纳米管线可采用一机械力将所述碳纳米管膜两端沿相反方向扭转获得。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的比表面积减小，密度及强度增大。
所述碳纳米管线及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，2008年8月20日公告的，公告号为CN100411979C的中国专利；以及于2005年12月16日申请的，2009年6月17日公告的，公告号为CN100500556C的中国专利。
当所述碳纳米管结构12的厚度比较薄时，所述亲水层14形成在该碳纳米管结构12中的每根碳纳米管的表面。如，请参阅图8，所述碳纳米管结构12为一层碳纳米管拉膜，所述亲水层14为一二氧化硅层，二氧化硅颗粒连续的分布在该碳纳米管拉膜中的每根碳纳米管的表面，并包覆每根碳纳米管。当所述碳纳米管结构12的厚度比较厚时，所述亲水层14形成在该碳纳米管结构12一表面的碳纳米管上，比较难以渗透到该碳纳米管结构12内部的碳纳米管的表面。如，当碳纳米管结构为多层碳纳米管膜时，尤其是十层以上的碳纳米管膜。
本实施例中，所述碳纳米管结构12为三十层层叠设置的碳纳米管拉膜，相邻的碳纳米管拉膜通过范德华力相互结合，且相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管的延伸方向具有一个大约为90度的交叉角。所述亲水层14为一厚度大约是10纳米的二氧化硅层，二氧化硅颗粒连续的分布在所述碳纳米管结构12外表面的碳纳米管的表面上，从而形成该二氧化硅层。所述亲水层14可使得所述碳纳米管结构12的表面具有亲水性，从而有利于培养神经细胞。由于所述亲水层14为无机材料，比较容易保存，所以所述培养基体10相对比较容易保存。该亲水层14可以采用物理的方法形成在所述碳纳米管结构12的表面，不容易引入其它物质影响、损伤所述神经细胞21，所以，该二氧化硅层几乎不会对神经细胞21造成损伤，不会影响所述神经细胞21的生长。
可以理解，当所述碳纳米管结构12及亲水层14都是透明的材料时，所述培养基体10也是透明的。如，当所述碳纳米管结构12为单层的碳纳米管拉膜，所述亲水层14为二氧化硅层时，该培养基体10即为透明的结构。
由于碳纳米管结构12具有较好的柔韧性以及延展性，而且所述亲水层14的厚度小于等于100纳米，所以所述培养基体10也具有较好的柔韧性及延展性，尤其是当所述碳纳米管结构12为碳纳米管拉膜时。另外，当所述极性层12包括二氧化硅层或二氧化钛层时，该培养基体10可以植入生物体中。
所述培养基体10可以进一步包括一基底，所述碳纳米管结构12设置该基底的表面，且所述亲水层14设置在所述碳纳米管结构远离该基底的表面。该基底用于支持所述碳纳米管结构12及亲水层14。该基底的材料可以为塑料、生物降解材料或无生物毒性的材料。所述塑料可以为聚苯乙烯。所述生物降解材料可以为热塑性淀粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、淀粉聚乙烯醇。所述无生物毒性的材料可以为硅胶，硅胶无生物毒性，且可以与生物体兼容。由于所述基底可以生物降解或无生物毒性，对生物体基本上没有危险，所以，该培养基体10可以直接植入生物体中。所述基底的形状与厚度可根据所述碳纳米管结构12的形状与厚度设计。譬如，所述基底表面的面积及形状可大致与所述碳纳米管结构12的面积及形状大致相当。可以理解，当所述碳纳米管结构12的厚度较薄时，该碳纳米管结构12具有较小机械强度及具有较大的比表面积，因此，该碳纳米管结构12容易受外力产生破损或容易粘附在其他物体上。将该碳纳米管结构12设置在所述基底的表面可以使该碳纳米管结构12更难受外来作用而产生破损，同时便于移动及防止该碳纳米管结构12粘附在亲水性物体上；而且移植之后，所述基底不用去除。
所述神经网络20设置在所述亲水层14的极性化表面16。请参阅图9，所述神经网络20包括多个神经细胞21，每个神经细胞21包括胞体22及自该胞体22延伸出来的多个神经突起24，且相邻的神经细胞21之间的神经突起24相互连接。所述神经突起24包括树突与轴突。当所述培养基体10表面仅有一个神经细胞21时，所述神经细胞21的神经突起24沿培养基体10的表面朝各个方向随机生长。当所述培养基体10表面设置有多个神经细胞21时，该神经细胞21的神经突起24具有将沿向相邻的神经细胞21生长的趋势，从而使相邻的神经细胞21得以连接沟通。所述神经细胞21包括哺乳动物的神经细胞。本实施例中，所述神经细胞21为海马神经细胞，且该海马神经细胞在具有三十层碳纳米管拉膜的培养基体10的表面生长。其中，该培养基体10包括二氧化硅层以及所述三十层碳纳米管拉膜，且该海马神经细胞设置于该二氧化硅层的极性化表面。
所述碳纳米管结构具有弹性佳、延展性良好、及质量轻等优点，可直接植入生物体。因此，由所述碳纳米管结构做主要载体的神经移植体可根据受损神经系统的受损部位的形状、大小进行裁剪、拉伸并植入受损部位。由于该神经移植体包括所述神经网络，该神经网络的神经细胞与所述受损部位两端或边缘的神经细胞的距离较近，因此该神经移植体中的神经细胞与受损部位边缘的神经细胞可以重新建立联系，可以完成神经细胞已经死亡的神经系统的修复。
请参阅图10，本发明第一实施例提供一种神经移植体的制备方法，其包括：
S10，提供一碳纳米管结构；
S20，在所述碳纳米管结构的表面形成一亲水层；
S30，对所述亲水层进行极性化处理，使得该亲水层具有一极性化表面；
S40，在所述亲水层的极性化表面种植多个神经细胞，其中，该极性化表面具有与该多个神经细胞相反的电荷极性；以及
S50，培养该多个神经细胞直到相邻的神经细胞相互连接形成一神经网络。
在所述步骤S10中，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管之间通过范德华力相互作用形成一自支撑结构。该碳纳米管结构可以包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜可为如图2中的碳纳米管絮化膜、图3中的碳纳米管碾压膜及图4中的碳纳米管拉膜。所述碳纳米管结构也可以为碳纳米管线状结构，该碳纳米管线状结构包括至少一碳纳米管线，该碳纳米管线可为图6中的非扭转的碳纳米管线及图7中的扭转的碳纳米管线。
步骤S20可采用蒸镀法、溅射法或喷涂法等物理方法在所述碳纳米管结构的一个表面上形成所述亲水层，该亲水层远离该碳纳米管结构的表面用于培养神经细胞。该亲水层的厚度大于等于1纳米，且小于等于100纳米。优选地，所述碳纳米管结构在悬空状态下，在该碳纳米管结构的表面形成所述亲水层。在悬空的碳纳米管结构的表面形成亲水层有利于保持碳纳米管结构的结构特性，如，当悬空设置的碳纳米管结构中的碳纳米管的定向排列时，形成在该碳纳米管结构中的碳纳米管表面的亲水层也定向排列。所述亲水层的材料可以为金属氧化物或者氧化物半导体等亲水性材料。具体地，该亲水层的材料可以为二氧化硅、二氧化钛或铁的氧化物。所述亲水层无需增加其他步骤，仅采用物理方法就可以形成在所述碳纳米管结构的表面，所以该方法比较简单。
在步骤S30中，对所述亲水层远离碳纳米管结构的表面进行极性化处理，使得该表面为所述的极性化表面。具体地，步骤S30可以包括以下分步骤：
S31，提供一承载体，并将所述碳纳米管结构置于该承载体的表面。其中，该步骤S31可以为：将形成有所述亲水层的碳纳米管结构放置在所述承载体的表面，且所述碳纳米管结构与所述承载体接触。具体地，先提供所述承载体，并将形成有所述亲水层的碳纳米管结构剪裁成预定形状；然后，将该预定形状的碳纳米管结构放置在所述承载体的表面，且所述碳纳米管结构与所述承载体贴合接触；进一步采用有机溶剂处理该形成有亲水层的碳纳米管结构，使得该碳纳米管结构紧密吸附在所述承载体的表面。其中，所述承载体需要与碳纳米管结构具有较好的吸附性，尤其是该承载体需要具有平整的表面，如塑料表面皿、塑料培养皿或方形塑料片。
可以理解，该步骤S31也可以在步骤S20之前，即先将所述碳纳米管结构置于所述承载体的表面，然后再在该碳纳米管结构的表面形成所述亲水层。
S32，对所述亲水层进行灭菌处理。其中，对形成在碳纳米管结构上的亲水层进行灭菌处理的方式不限，只要能够杀死所述亲水层及碳纳米管结构中的大部分细菌即可。譬如可采用高温灭菌或紫外光灭菌的方式对所述亲水层及所述碳纳米管结构进行灭菌。一般情况下，所述亲水层及碳纳米管结构要进行紫外光灭菌。
S33，采用多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液处理所述经过灭菌处理的亲水层。具体地，首先，将多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液滴到所述亲水层的表面，直至覆盖该亲水层，然后放置10小时以上，使得所述亲水层的表面被多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液极化，在该亲水层的表面形成与待种植的神经细胞相反的电荷极性的极性化表面，以增加对神经细胞的吸附性，为神经细胞的培养提供条件。然后，采用无菌去离子水清洗形成在所述亲水层表面的多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液，露出该亲水层的极性化表面，从而减少或避免多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液影响神经细胞的培养。所述多聚氨基酸溶液可以为多聚赖氨酸溶液。其中，较优的是应确保该所述碳纳米管结构的周边没有所述多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液，以避免在后续步骤中分布有多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液的承载体表面生长神经细胞。
步骤S40为：在所述亲水层的极性化表面滴加神经细胞液直到该神经细胞液覆盖该亲水层，从而使神经细胞液中的神经细胞种植在所述亲水层的表面。所述神经细胞包括哺乳动物的神经细胞，如，海马神经细胞。其中，种植在所述的亲水层表面的神经细胞为未分化的神经细胞，该未分化的神经细胞分散在一种植液中形成所述神经细胞液。
步骤S50为，将培养有所述神经细胞的碳纳米管结构置于一二氧化碳培养箱中培养，并适时更换一饲养液。所述二氧化碳培养箱中的二氧化碳含量大致为5％，温度大致为37摄氏度。其中，所述神经细胞的培养环境应尽量模拟该神经细胞在生物体内的生存环境。所述神经细胞的培养时间可根据实际需求而定。在该步骤S50中，所述多个神经细胞的神经突起不断从其胞体中生长延伸出来，且该多个神经细胞之间的神经突起相互连接形成所述神经网络。因此，在步骤S50的环境下，所述神经细胞在经过培养之后达到成熟状态，该神经细胞分化出的神经突起相互连接形成网状结构，如图11所示。
下面以具体实施例进一步说明第一实施例提供的神经移植体的制备方法。本实施例的神经移植体的制备方法包括以下步骤：
提供一具有三十层层叠设置的碳纳米管拉膜的碳纳米管结构，该碳纳米管结构中相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管相互交叉形成一大致为90度的夹角。
将该三十层碳纳米管拉膜层叠固定在一中间镂空的框架上，使该碳纳米管结构悬空设置。采用电子束蒸镀的方法在该碳纳米管结构的表面上蒸镀形成一厚度大约为10纳米的二氧化硅层，其中，该二氧化硅层形成在所述碳纳米管结构外表面的碳纳米管上。
将形成有大约10纳米厚的二氧化硅层的碳纳米管结构剪成方形，然后放置在一塑料培养皿的底部，其中，所述碳纳米管结构与所述塑料培养皿的底部接触。采用无水乙醇浸润该碳纳米管结构，使得该碳纳米管结构紧密吸附固定在所述塑料培养皿的底面。将形成有二氧化硅层的碳纳米管结构及塑料培养皿置于一紫外灭菌箱中，并对该二氧化硅层、碳纳米管结构及塑料培养皿进行紫外照射，大约照射0.5小时。在经过杀菌处理的二氧化硅层的表面滴入浓度大约为20微克/毫升的具有多聚赖氨酸溶液，使得该多聚赖氨酸溶液完全覆盖所述二氧化硅层的表面，并且放置20小时，所述多聚赖氨酸溶液使得二氧化硅层的表面被极化，形成极性化表面；然后采用无菌去离子冲洗掉该多聚赖氨酸溶液，露出所述二氧化硅层的极性化表面，该二氧化硅层的极性化表面具有与待种植的海马神经细胞相反的电荷极性。
在无菌条件下，在所述二氧化硅层的极性化表面滴加一海马神经细胞液直到该海马神经细胞液覆盖该二氧化硅层，从而使海马神经细胞液中的海马神经细胞种植在所述二氧化硅层表面，其中该海马神经细胞液是将未分化的海马神经细胞分散在一种植液中而形成的，且该海马神经细胞是从胎鼠的脑部中提取的。
将培养有所述海马神经细胞的培养皿置于一二氧化碳培养箱中培养，并适时更换培养液。所述二氧化碳培养箱中的二氧化碳含量大致为5％，温度大致为37摄氏度。所述海马神经细胞在培养箱中，用培养液培养7天左右。请参阅图12，图12为所述神经移植体经过染色后的扫描电镜照片。从上述扫描电镜照片可以清晰看出，所述神经移植体中的多个海马神经细胞分化出多个神经突起，该多个神经细胞通过多个神经突起连接在一起形成神经网络。
可以理解，当实施例采用的培养基体为透明时，所述神经移植体不需要经过染色就可以通过光学显微镜观察到神经细胞、神经网络及神经移植体。
请参阅图13，本发明第二实施例提供的神经移植体200包括一培养基体30及设置在该培养基体30表面的神经网络20。所述培养基体30包括碳纳米管结构12、亲水层14以及一极性层36。所述亲水层14设置于该碳纳米管结构12的表面。所述极性层36设置于该亲水层14远离碳纳米管结构12的表面。所述神经网络20设置在所述极性层36远离所述亲水层14的表面。所述亲水层14位于所述碳纳米管结构12与极性层36之间。
所述极性层36使得所述亲水层14的表面具有极性，使得所述培养基体10的极性与待吸附的神经细胞21的极性相匹配，从而使得所述培养基体10可以与生物兼容，使所述培养基体10能够为所述神经细胞21的种植及形成所述神经网络20提供一个良好的环境。所述极性层36具有与所述神经网络20相反的电荷极性，可以增强对神经细胞21的吸附性。所述极性层36一般为多聚氨基酸层或聚醚酰亚胺(PEI)，可以改变所述碳纳米管结构12表面的极性，使得所述培养基体10的表面的极性能够与所述神经网络20相匹配。该培养基体10可以为所述神经网络20的形成提供一良好的环境。所述多聚氨基酸层优选为多聚赖氨酸(PDL)。本实施例中，所述极性化表面16为多聚赖氨酸层。
请参阅图14，本发明第二实施例提供一种神经移植体的制备方法，其包括：
S10，提供一碳纳米管结构；
S20，在所述碳纳米管结构的表面形成一亲水层；
S230，在所述亲水层表面形成一极性层；
S240，在所述极性层表面种植多个神经细胞；以及
S50，培育该多个神经细胞直到该多个神经细胞生长出多个神经突起，且该多个神经细胞之间的神经突起相互连接形成一神经网络。
步骤S230包括以下步骤：首先将形成有所述亲水层的碳纳米管结构放置在一承载体的表面，且所述碳纳米管结构与所述承载体接触。具体地，先将形成有所述亲水层的碳纳米管结构剪裁成预定形状；然后，将该预定形状的碳纳米管结构放置在一承载体的表面，且所述碳纳米管结构与所述承载体接触，其中，所述承载体需要具有比较平滑的表面且与碳纳米管结构具有较好的吸附性，如塑料表面皿或塑料培养皿。其中，可以采用有机溶液处理该形成有亲水层的碳纳米管结构，使得该碳纳米管结构紧密吸附在所述承载体的表面。然后，将多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液滴到所述亲水层的表面，直至覆盖该亲水层，然后放置10小时以上，以形成所述极性层，使该极性层与所述多个神经细胞具有相反的电荷极性，以增加对神经细胞的吸附性。该多聚氨基酸溶液具体地可以为多聚赖氨酸溶液。其中，较优的是应确保该所述碳纳米管结构的周边没有所述多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液，以避免在后续步骤中分布有多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液的承载体表面生长神经细胞。
本实施例中，将形成有大约10纳米厚的二氧化硅层的碳纳米管结构剪成方形，然后放置在一塑料培养皿的底部，其中，所述碳纳米管结构与所述塑料培养皿的底部接触。采用乙醇溶液浸润该碳纳米管结构，使得该碳纳米管结构紧密吸附在所述塑料培养皿的底面；滴入浓度大约为20微克/毫升的具有多聚赖氨酸溶液，使得该多聚赖氨酸溶液完全覆盖所述二氧化硅层的表面，并且放置12小时。
步骤S230可以进一步包括采用紫外线照射形成有极性层的碳纳米管结构，进行杀菌消毒。
步骤S240，在无菌条件下，将神经细胞溶液注入所述极性层的表面，使神经细胞液覆盖所述培养基体。
由本发明实施例提供的神经移植体的制备方法制备的神经移植体具有修复生物体中神经系统的神经网络的作用。所述培养基体中的碳纳米管结构为由碳纳米管组成的自支撑结构，具有弹性佳、延展性良好、及质量轻等优点，而且，所述培养基体的亲水层的表面表现出的极性与所述神经网络表现出的极性相匹配，即相互吸引，使得该神经网络紧密吸附在该培养基体的表面。因此，所述神经移植体可根据受损神经系统的受损部位的形状、大小进行裁剪、拉伸并植入受损部位。由于该神经移植体包括所述神经网络，该神经网络的神经细胞与所述受损部位两端或边缘的神经细胞的距离较近，因此该神经移植体中的神经细胞与受损部位边缘的神经细胞可以重新建立联系，可以完成神经细胞已经死亡的神经系统的修复。
另外，本实施例提供的神经移植体的制备方法可以仅采用物理方法将亲水层形成在所述碳纳米管结构的表面，使得该神经移植体的制备工艺比较简单。由于所述亲水层是采用物理方法形成的，基本上不会引入影响、损伤所述神经细胞的物质，所以，该亲水层几乎不会对神经细胞造成损伤，不会影响神经细胞的生长。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (19)
1.一种神经移植体的制备方法，其包括以下步骤：
提供一自支撑的碳纳米管结构；
将所述碳纳米管结构悬空设置，在所述碳纳米管结构表面形成一亲水层；
对所述亲水层进行极性化处理，使得该亲水层具有一极性化表面；
在所述亲水层的极性化表面种植多个神经细胞，其中，该极性化表面具有与该多个神经细胞相反的电荷极性；以及
培养该多个神经细胞直到相邻的神经细胞相互连接形成一神经网络。
2.如权利要求1所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管，相邻的碳纳米管之间通过范德华力相互连接。
3.如权利要求1所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜，所述碳纳米管膜为碳纳米管絮化膜、碳纳米管碾压膜或碳纳米管拉膜。
4.如权利要求1所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管结构由至少一碳纳米管线状结构构成，该碳纳米管线状结构包括至少一碳纳米管线，该碳纳米管线为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。
5.如权利要求1所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，在所述碳纳米管结构表面形成所述亲水层的步骤包括采用蒸镀法、溅射法或喷涂法在所述碳纳米管结构的表面形成所述亲水层。
6.如权利要求5所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述亲水层的材料为金属氧化物或者氧化物半导体。
7.如权利要求5所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述亲水层的材料为二氧化硅、二氧化钛或铁的氧化物。
8.如权利要求5所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述亲水层的厚度大于1纳米且小于等于100纳米。
9.如权利要求5所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，使得该亲水层具有极性化表面的步骤包括以下步骤：采用多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液处理所述亲水层远离所述碳纳米管结构的表面。
10.如权利要求9所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述采用多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液处理所述亲水层远离所述碳纳米管结构的表面的步骤为采用多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液覆盖所述亲水层远离碳纳米管结构的表面，并放置10小时以上，使得该亲水层形成所述极性化表面；以及采用无菌去离子水清洗所述亲水层极性化表面的多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液，露出所述亲水层的极性化表面。
11.如权利要求10所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述多聚氨基酸溶液为多聚赖氨酸溶液。
12.如权利要求9所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，使该亲水层具有所述极性化表面之前进一步包括对形成有亲水层的碳纳米管结构进行灭菌处理的步骤。
13.如权利要求12所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，对形成有亲水层的碳纳米管结构进行灭菌处理的步骤包括采用紫外光照射形成有亲水层的碳纳米管结构。
14.如权利要求5所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，使得该亲水层具有极性化表面的步骤包括以下步骤：将形成有亲水层的碳纳米管结构置于一承载体的表面；对所述亲水层进行灭菌处理；以及采用多聚氨基酸溶液或聚醚酰亚胺溶液处理所述亲水层。
15.如权利要求1所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，在所述碳纳米管结构表面形成所述亲水层的步骤包括：提供一承载体，并将所述碳纳米管结构置于该承载体的表面；以及采用物理方法在将所述碳纳米管结构远离所述承载体的表面形成所述亲水层。
16.一种神经移植体的制备方法，其包括以下步骤：
提供一自支撑的碳纳米管结构；
将所述碳纳米管结构悬空设置，并在该碳纳米管结构表面形成一二氧化硅层，该二氧化硅层的厚度大于等于1纳米，且小于等于100纳米；
将所述形成有二氧化硅层的碳纳米管结构置于一承载体的表面，且该碳纳米管结构设置在该二氧化硅层与该承载体的表面之间；
对所述二氧化硅层及所述碳纳米管结构进行灭菌处理；
采用多聚赖氨酸溶液处理所述经过灭菌的二氧化硅层；
在经过多聚赖氨酸溶液处理过的二氧化硅层的表面种植多个神经细胞；以及
培养该多个神经细胞直到相邻的神经细胞相互连接形成一神经网络。
17.一种神经移植体的制备方法，其包括以下步骤：
提供一自支撑的碳纳米管结构；
将所述碳纳米管结构悬空设置，在所述碳纳米管结构表面形成一亲水层；在所述亲水层表面形成一极性层；
在所述极性层表面种植多个神经细胞；以及
培育该多个神经细胞直到该多个神经细胞生长出多个神经突起，且该多个神经细胞之间的神经突起相互连接形成一神经网络。
18.如权利要求17所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述亲水层的形成方法为采用蒸镀法或溅射法在所述碳纳米管结构的表面形成所述亲水层。
19.如权利要求17所述的神经移植体的制备方法，其特征在于，所述亲水层的材料为二氧化硅、二氧化钛或铁的氧化物。
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