培養基體及使用該培養基體的神經移植體的製作方法

2023-05-24 11:48:11 1

專利名稱：培養基體及使用該培養基體的神經移植體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種培養基體，尤其是涉及一種可供培養神經細胞的基體。
背景技術：
神經系統主要是由神經細胞(neurons)以及神經膠質細胞(neuron glialcells)構成的一複雜且特異的生物信息傳遞網絡，用以與其它組織或器官建立連結以進行功能協調。神經系統是由神經細胞來執行接收刺激、通過傳導並輸出神經遞質(neurontransmitter)以進行組織或器官間的信息溝通，而神經膠質細胞則執行神經細胞物理性支持、營養提供以及調節溝通信息速度等功能。每一神經細胞依據型態包含胞體(cell body)與神經突起(neurite)兩部分,神經突起自胞體延伸並朝向其它神經細胞或是其它細胞(例如肌肉細胞)生長，其中神經突起又分為軸突(axon)與樹突(dendrite)兩種。一般 來說,刺激由樹突接收並將衝動傳向胞體,衝動經過軸突傳導至軸突末端,並釋放傳導物質給其它細胞。由於神經系統在生物體內起著協調各組織與器官的作用，因此，研究神經細胞的培養、生長等狀況的重要性不言可喻。目前，因神經系統中的突起受損而導致的神經缺損是臨床常見的致殘性疾病，那麼研究神經細胞的突起的定向生長對治療神經缺損等神經疾病有重要的意義。

發明內容
有鑑於此，確有必要提供一種能夠使得神經細胞定向生長的培養基體及應用該培養基體的神經移植體。一種培養基體，用於培養神經細胞的神經突起，其包括一載體及設置於該載體表面的一碳納米管結構，所述碳納米管結構包括多個間隔設置的碳納米管線，該碳納米管線用於引導神經突起的生長方向，且相鄰的碳納米管線之間的間距大於等於所述神經突起的直徑。—種培養基體，用於培養神經細胞的神經突起，其包括一載體及設置於該載體表面的一碳納米管結構，所述碳納米管結構包括多個碳納米管線，該多個碳納米管線用於引導神經突起的生長，該多個碳納米管線相互交叉形成多個孔，每個孔的有效直徑大於等於所述神經突起的直徑。—種培養基體，用於培養神經細胞的神經突起，其包括一載體及設置於該載體表面的一碳納米管結構，所述碳納米管結構包括至少一個碳納米管膜，每個碳納米管膜包括多個間隔設置的碳納米管線，相鄰的碳納米管線之間通過至少一個碳納米管搭接，且相鄰的碳納米管線之間的間距大於等於所述神經突起的直徑，該碳納米管線用於引導神經突起的生長方向。一種神經移植體，其包括一生物載體、形成在該生物載體上的一碳納米管結構，以及一神經網絡；所述碳納米管結構包括多個間隔設置的碳納米管線；所述神經網絡包括多個神經細胞，該多個神經細胞包括多個神經突起，相鄰的碳納米管線之間的間距大於等於該多個神經突起的直徑，所述碳納米管結構通過該多個碳納米管線形成一圖案，該多個神經突起沿著該多個碳納米管線延伸形成圖案化的神經突起。一種神經移植體，其包括一生物載體、形成在該生物載體上的一碳納米管結構，以及一神經網絡；所述碳納米管結構包括多個碳納米管線，該多個碳納米管線相互交叉形成多個孔；所述神經網絡包括多個神經細胞，該多個神經細胞包括多個神經突起，每個孔的有效直徑大於等於該多個神經突起的直徑，所述碳納米管結構通過該多個碳納米管線形成一圖案，該多個神經突起沿著該多個碳納米管線延伸形成圖案化的神經突起。與現有技術相比較，本發明提供的培養基體中的碳納米管結構包括多個間隔或交叉設置的碳納米管線，該碳納米管線可以引導神經細胞的神經突起生長，因此，使用所述培養基體培養的神經細胞的神經突起可以定向生長。因此，可以根據生物體受損部位的形狀控制所述碳納米管結構的圖案，從而使得神經突起按照預定的路線生長，進而使得使用該培養基體的神經移植體中的神經網絡能夠快速地與受損部位的兩端或邊緣建立聯繫，完成受損部位的修復。


圖I為本發明第一實施例所提供的培養基體的結構示意圖。圖2為本發明第一實施例採用的一個碳納米管膜的掃描電鏡照片。圖3為本發明第一實施例採用的多個層疊的碳納米管膜的掃描電鏡照片。圖4為使用本發明第一實施例所提供的培養基體培養的神經細胞經過染色之後的掃描電鏡照片。圖5為本發明第一實施提供的培養基體的製備流程圖。圖6為本發明第一實施例提供的培養基體的製備方法中採用的一碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。圖7為本發明第一實施例提供的培養基體的製備方法中採用的多個層疊的碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。圖8為使用本發明第一實施提供的培養基體培養神經細胞的製備流程圖。圖9為本發明第二實施例所提供的培養基體的結構示意圖。圖10為使用本發明第二實施例所提供的培養基體培養的神經細胞經過染色之後的掃描電鏡照片。圖11為本發明第三實施例所提供的培養基體的結構示意圖。圖12為本發明實施例提供的使用所述培養基體的神經移植體的結構示意圖。主要元件符號說明
培養基體 |10 ；20 ；30 ；110 ~
￥經移植體 ■ 100
麗載體 ΤΓ4—
歲納米管結構 12 ；22 ；
載體_14 ；34 ；_
碳納米管膜 120_
面雨米管線 3—
申經網絡 1130#經細胞 1132 涵突起 134 涵136
如下具體實施方式
將結合上述附圖進一步說明本發明。
具體實施例方式請參閱圖I,本發明第一實施例提供一培養基體10。該培養基體10用於培養神經細胞，其包括一碳納米管結構12及一載體14。所述碳納米管結構12設置於該載體14的表面，並通過範德華力緊密結合在一起。所述碳納米管結構12包括多個擇優取向排列的碳納米管或者由多個擇優取向排列的碳納米管組成。在使用所述培養基體10用來培養神經細胞的過程中，該碳納米管結構12的表面會被極性化形成極性化表面，該碳納米管結構12的極性化表面具有與待培養的神經細胞相匹配的電荷極性。進一步，該碳納米管結構12極性化表面中的擇優取向排列的·碳納米管被極化，使得該碳納米管結構12極性化表面中的碳納米管具有與待培養的神經細胞相匹配的電荷極性。優選地，所述碳納米管結構12中多個碳納米管之間通過範德華力連接，形成一自支撐結構。所謂「自支撐」即該碳納米管結構12不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身特定的形狀，即將該碳納米結構12置於(或固定於)間隔設置的兩個支撐物上時，位於兩個支撐物之間的碳納米管結構12能夠懸空保持自身特定的形狀。進一步，該碳納米管結構12包括多個碳納米管線123，該多個碳納米管線123間隔或交叉設置且形成一圖案，使得該碳納米管結構12圖案化。每個碳納米管線123的直徑大約為I微米 10微米。相鄰的兩個碳納米管線123之間的間距大於等於神經細胞的神經突起的直徑，優選地，該間距大於等於20微米，且小於等於100微米。當所述碳納米管結構12包括多個交叉設置的碳納米管線123時，該多個碳納米管線123相互交叉形成多個孔，每個孔的有效直徑大於等於神經突起的直徑；優選地，每個孔的有效直徑大於等於20微米，且小於等於100微米。當相鄰的碳納米管線123之間的間距或每個孔的有效直徑大於等於待培養的神經細胞的直徑時，在所述培養基體10上種植神經細胞時，神經細胞吸附在所述載體14的表面。該碳納米管線123主要用於引導神經細胞的神經突起的生長方向，即，神經細胞的神經突起可以沿著碳納米管線123的軸向生長。因此，通過控制所述碳納米管結構12中的碳納米管線的排列方式及相鄰碳納米管線之間的間距或每個孔的有效直徑等方式，使該碳納米管結構12中的碳納米管線形成一圖案。該圖案化的碳納米管結構12可以控制神經細胞的神經突起的生長方向，從而實現神經細胞的定向生長。所述碳納米管線123包括多個擇優取向排列的碳納米管。具體地，該碳納米管線123包括多個通過範德華力首尾相連且基本沿同一方向排列的碳納米管；該碳納米管線123也可以包括多個通過範德華力首尾相連且沿著該碳納米管線123的軸向螺旋延伸的碳納米管。優選地，所述碳納米管結構12可以為一膜狀的自支撐結構，該碳納米管結構12包括至少一個碳納米管膜。請參閱圖2，每個碳納米管膜包括多個並排且間隔設置的碳納米管線，相鄰的碳納米管線之間包括至少一個碳納米管，該至少一個碳納米管通過範德華力緊密連接該相鄰的碳納米管線。所述碳納米管線在所述碳納米管膜中基本沿同一方向排列。相鄰的碳納米管線之間搭接的至少一個碳納米管使得所述多個碳納米管線形成所述碳納米管膜。其中，當相鄰的碳納米管線之間搭接多個碳納米管時，該多個碳納米管可以通過範德華力首尾相連。所述碳納米管線由多個碳納米管構成，該多個碳納米管沿碳納米管線的軸向通過範德華力首尾相連。請參閱圖3，當所述碳納米管結構12包括多個層疊設置的上述碳納米管膜時，相鄰的碳納米管膜通過範德華力緊密相互結合，且相鄰的碳納米管膜中的碳納米管線的軸向交叉設置形成大於等於O度，且小於等於90度的夾角。由於所述碳納米管結構由碳納米管組成且碳納米管之間通過範德華力連接，因此所述碳納米管結構具有彈性佳、延展性良好及質量輕等優點，便於裁剪和拉伸。另外，碳納米管具有較好的導電導熱及發聲特性，所以所述碳納米管結構也具有良好的導電、導熱及發聲特性。神經細胞的生長會受到電、熱及發聲的影響，因此，在包含有所述碳納米管結構12的所述培養基體10上培養定向生長的神經細胞，有利於研究熱、電以及發聲對神經細胞的影響。所述載體14主要用於放置或支撐所述碳納米管結構12和待培養的神經細胞。該載體14的具體形狀、材料和厚度可以根據需要確定。所述載體14可以為平面結構，也可以為曲面結構，如，長方形的片狀結構，弧形結構，折面結構等。所述載體14可以為能與生物 體兼容的生物載體，該生物載體的材料可以為生物降解材料、矽膠或碳納米管片材等。其中，所述生物降解材料可以為熱塑性澱粉塑料、脂肪族聚酯、聚乳酸、澱粉聚乙烯醇。所述無生物毒性的材料可以為矽膠。所述碳納米管片材是指由碳納米管組成，具有自支撐功能和一定強度的碳納米管膜或碳納米管編織物。所述載體14也可以為不能與生物體兼容的非生物載體，該非生物載體的處理可以為塑料，如聚苯乙烯。優選地，所述載體14為塑料培養皿、塑料表面皿或塑料面狀結構。當所述載體14為塑料培養皿或塑料表面皿時，所述培養基體10可以比較方便的存儲；而且可以直接採用該培養基體10進行培養細胞，而無需另外的器皿放置該培養基體10。當所述載體14生物載體時，該培養基體10可以直接植入生物體中，使生物體受損部位兩端或邊緣的神經細胞自我生長，重新建立聯繫，完成受損部位的修復。該載體14的表面的面積及形狀可大致與所述碳納米管結構12的面積及形狀大致相當。其中，當該載體14為具有柔性的材料時，如矽膠，碳納米管材料，所述培養基體也具有柔性。可以理解，當所述碳納米管結構12的厚度較薄時，該碳納米管結構12具有較小機械強度及具有較大的比表面積，因此，該碳納米管結構12容易受外力產生破損或容易粘附在其他物體上。將該碳納米管結構12設置在所述載體14表面，可以使該碳納米管結構12更難受外力作用而產生破損，同時便於移動及防止該碳納米管結構12粘附在親水性物體上。本實施例中，所述培養基體10是由塑料圓片載體14和碳納米管結構12組成，該碳納米管結構12為單層碳納米管膜，且該碳納米管膜包括多個基本沿同一方向延伸的碳納米管線123，該多個碳納米管線123基本平行且間隔設置，相鄰的碳納米管線123之間搭接至少一個碳納米管。相鄰的碳納米管線123之間的間距大於等於30微米，且小於等於60微米。每個碳納米管線123包括多個碳納米管，且該多個碳納米管通過範德華力首尾相連且基本沿同一方向排列。當在該培養基體10的表面培養神經細胞時，神經細胞被吸附在所述塑料圓片載體14的表面，所述神經細胞分化出的神經突起在所述碳納米管線123的引導下，基本沿著該碳納米管線123的軸向延伸方向呈直線型生長。因此，利用該培養基體10可以使得神經細胞的神經突起定向生長，如圖4所示。
請參閱圖5，當所述碳納米管結構12中的碳納米管線間隔設置時，本發明實施例提供一種製備上述培養基體10的方法，其包括
S110，提供一碳納米管結構前驅體，該碳納米管結構前驅體包括至少一碳納米管拉膜，每個碳納米管拉膜包括多個通過範德華力首尾相連且基本沿同一方向排列的碳納米管；S120，使所述碳納米管結構前驅體形成具有多個間隔設置的碳納米管線的所述碳納米管結構12;以及
S130，將所述碳納米管結構12固定在一載體14上。在所述步驟SllO中，所述碳納米管拉膜是由若干碳納米管組成的自支撐結構。請參閱圖6，所述碳納米管拉膜中大多數碳納米管的軸向基本沿同一方向延伸。而且，所述大多數碳納米管的整體延伸方向基本平行於碳納米管拉膜的表面。進一步地，所述碳納米管拉膜包括多個相互平行的碳納米管及通過範德華力首尾相連的碳納米管。具體地，所述碳納米管拉膜中基本朝同一方向延伸的大多數碳納米管中每一碳納米管與在延伸方向上相·鄰的碳納米管通過範德華力首尾相連。當然，所述碳納米管拉膜中存在少數偏離該延伸方向的碳納米管，這些碳納米管不會對碳納米管拉膜中大多數碳納米管的整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐主要通過碳納米管拉膜中存在連續的通過範德華力首尾相連延伸排列的碳納米管而實現。具體地，所述碳納米管拉膜中基本朝同一方向延伸的多數碳納米管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除碳納米管拉膜的基本朝同一方向延伸的多數碳納米管中並列的碳納米管之間可能存在部分接觸。當該碳納米管結構包括多個碳納米管拉膜時，所述多個碳納米管拉膜層疊設置形成一層狀結構。該層狀結構的厚度不限。請參閱圖7，該多個碳納米管拉膜中的相鄰的碳納米管拉膜通過範德華力結合。該層狀結構中相鄰的碳納米管拉膜中的碳納米管之間具有一交叉角度α，且該α大於O度且小於等於90度。當相鄰的碳納米管拉膜中的碳納米管之間具有一交叉角度α時，所述多個碳納米管拉膜中的碳納米管相互交織形成一網狀結構，使所述碳納米管結構的機械性能增加。如，所述碳納米管結構包括多層層疊設置的碳納米管拉膜，且相鄰的碳納米管膜中的碳納米管之間的交叉角度α大致等於90度，S卩，相鄰碳納米管拉膜中的碳納米管的延伸方向大致垂直。所述碳納米管拉膜的結構及其製備方法請參見2010年5月26日公開的，
發明者範立, 馮辰, 趙文美 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(深圳)有限公司