本發明屬于神經科學技術領域，涉及一種神經導管材料表面修飾涂層的圖案化設計及其制備方法，具體涉及一種具有拓撲結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾的神經導管材料及其制備方法，該修飾涂層具有良好的電化學性能和優異的細胞相容性，可促進神經細胞在導管表面的貼附、遷移、取向、生長，從而實現神經組織損傷的修復。

背景技術：
神經組織損傷的救治與修復一直是生命科學領域研究的重要課題，由于嚴重創傷、腫瘤切除、先天性畸形等原因造成的神經缺損，其修復和功能重建仍是臨床難題。對于神經長段缺損，植入神經導管材料在缺損的近、遠兩端起到橋接作用，替代自體神經修復神經缺損已成為一種趨勢。但神經系統并非單純的組織學結構，它處于復雜的電學微環境之中，除了輸送神經營養物質，還傳遞生理電信號，在生長和修復過程中均伴發電現象。生物體內普遍存在的生物電活動在維持正常生理功能方面必不可少，如神經系統的信號傳導、肌肉收縮以及傷口愈合等。傳統的神經修復支架材料因不具導電性或導電性較差，無法在神經修復過程中實施電信號傳遞以刺激和引導神經生長及軸突再生。神經修復后雖然有大量再生神經纖維，但由于運動終板等靶器官因失去電刺激而萎縮，功能恢復欠佳。盡管功能性電刺激促進周圍神經再生的機制尚不明確，但大量的細胞和分子水平研究表明：通過具有電活性神經支架的電刺激可改變細胞外基質分子的局域電場，增加細胞對細胞外基質中蛋白的吸附和DNA的合成，從而促進神經細胞貼附、遷移和軸突生長。因而尋找具有電活性的支架材料已成為神經組織工程研究的重要內容。同時，神經細胞具有復雜的排列形態，對所處的環境高度敏感，能根據其所接觸的材料表面的拓撲形貌而取向生長。近年來隨著納米科技的迅速發展以及納米生物學和醫學研究的深入，人們開始注意到，相對于微米尺度，納米尺度的拓撲結構與機體內細胞生長的自然環境更為相似，理想的神經支架材料應與神經組織具有的內部結構和空間尺寸相匹配，才能有利于神經的再生。由于細胞骨架受到表面誘導的重排，神經細胞傾向于沿著凹槽形成細長的形狀。神經生長錐對物理拓撲結構非常敏感，甚至在缺少特定生化因子的情況下，這樣的敏感性亦能主導神經突直接生長。研究表明，大多數神經細胞僅僅沿著凹槽和隆起 生長。例如在水平印記的圖案上培養成年小鼠的神經軸突和感覺細胞，結果出現了明顯的方向變化。對不同尺寸(深300nm，寬100-400nm，相鄰凹槽間距100-1600nm)平行凹槽組成圖案的研究結果表明，當寬度達到100nm甚至更大時，周圍神經細胞的軸突通過拓撲結構表現出導向的效果。需要注意的是，神經細胞傾向于在隆起的邊緣生長而不是在凹槽內。當凹槽深度在納米級到微米級變化時，凹槽越深，拓撲結構的效果越明顯。因此，得到表面圖案化的CNT/導電聚合物復合涂層，不僅能保證神經導管材料具有高選擇性、高靈敏性以及優異的電荷轉移特性，還能促進神經細胞在導管表面的貼附、遷移、取向、生長，保證神經細胞的存活，從而有利于實現神經導管材料的長期植入，以發揮修復受損神經的功效。

技術實現要素：
本發明旨在基于長期植入型神經導管的應用要求而設計、制備一種圖案化CNT/導電聚合物復合涂層修飾的神經導管材料，該復合涂層在拓撲結構上具有微米和納米兩個結構層次：在微米尺度上，涂層具有圖案化設計的微米級凹槽，為神經細胞骨架的重排提供了導向作用，有效影響神經細胞的生長行為，促進神經細胞的定向生長；在納米尺度上具有納米級多孔網絡結構，保證了修飾涂層優良的電化學性能，有利于在神經細胞生長過程中實施電刺激，促進了神經的分化和增殖。因此，本發明的具有拓撲結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾的神經導管材料，可實際應用于神經損傷修復，滿足神經細胞生長的空間條件。為達到上述目的，本發明所采用的技術方案如下：一種具有拓撲結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾的神經導管材料，包括神經導管基材，其特征在于，所述的神經導管基材表面修飾具有定向凹槽結構CNT/導電聚合物復合涂層，所述的復合涂層是由導電聚合物同軸包覆CNT管束形成的三維多孔網絡結構，首先通過靜電紡絲法在神經導管基材表面沉積取向的聚合物纖維，然后采用電泳法在神經導管基材表面沉積CNT形成三維多孔網絡CNT涂層，經溶劑清洗和超聲剝離后得到具有定向凹槽結構的CNT涂層；再采用電化學脈沖聚合法在CNT涂層上沉積導電聚合物，在CNT表面形成導電聚合物同軸包覆結構(即導電聚合物包覆在CNT管束表面，包覆后的導電聚合物層與CNT管具有同軸結構的形式)，得到具有微納米拓撲結構的復合涂層。優選地，所述的CNT(碳納米管)為單壁碳納米管(SWNT)。所述的CNT/導電聚合物復合涂層具有微納米復合結構，其中納米層次上同軸包覆結構的CNT/導電聚合物管束的直徑為10-20nm，管束所形成的三維多孔網絡結構孔徑在30-150nm左右，微米層次上的凹槽結構的凹槽寬度為1-2μm，深度為100-200nm，間距為10-40 μm。本發明還涉及所述的具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合涂層的制備方法，即一種具有拓撲結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾神經導管材料的制備方法，其特征在于，首先通過靜電紡絲法在導管基材表面沉積具有一定取向的聚合物纖維形成模板，然后在具有纖維模板的導管基材表面電泳沉積CNT形成三維多孔網絡結構的CNT涂層，隨后經溶劑清洗以及超聲剝離得到具有凹槽結構的CNT涂層；再采用電化學脈沖聚合法在所得CNT涂層上沉積導電聚合物，在CNT管束表面同軸包覆導電聚合物，即為所述的具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾的神經導管材料。本發明的方法采用靜電紡絲纖維作為構建凹槽結構的模板，在平行排布著聚合物纖維的導管基材表面電泳沉積CNT，得到的三維多孔網絡結構的CNT涂層均勻分布在導管基材表面并包覆聚合物纖維，隨后經溶劑浸泡清洗后，將CNT涂層中輔助沉積的金屬化合物以及聚合物纖維除去，原聚合物纖維所在位置的CNT涂層變為中空的隆起結構，一定功率的超聲波作用即可將其剝離，從而形成具有定向凹槽結構的CNT涂層。CNT涂層為納米級三維多孔網絡結構，通過添加多價金屬離子至CNT分散液中，CNT會選擇性吸收溶液中的金屬離子，形成穩定的正電性膠體。在穩定的電場作用下，這些帶電膠體粒子移向電極負極端，隨后由于電極表面與膠體粒子之間的電子交換作用，CNT會以均勻的三維網絡形式沉積在陰極電極上。多價金屬離子的品種和濃度不同，CNT之間及其與電極間的相互作用亦不同，沉積在電極表面的CNT網絡孔徑也會隨之變化，因而通過控制沉積液中多價金屬離子的種類和濃度，可制備孔徑可控的CNT三維網絡。在此基礎上，進一步采用電化學脈沖聚合法在導管材料表面的CNT涂層中沉積導電聚合物，利用導電聚合物與CNT之間的手性共軛作用，引導導電聚合物的分子鏈沿CNT軸螺旋生長，形成具有同軸結構的CNT/導電聚合物復合網絡結構。此外，脈沖聚合過程通過控制導通電流時間和脈沖周期數，達到分步沉積的目的，可以有效地控制導電聚合物的厚度和缺陷，從而得到均勻規整的導電聚合物膜，制備得到具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合修飾涂層。具體地，本發明的方法包括以下步驟：a)采用靜態平行電極作為靜電紡絲的接收設備，將取向的聚合物纖維收集在導管基材表面，形成模板待用；b)將純化處理后的CNT分散于乙醇溶液中，并添加多價金屬離子(選自Al3+、Ni2+、Co2+、Mg2+等，優選Al3+、Ni2+；金屬離子濃度0.1-2mM，優選0.2-1mM)形成電解液，控制電泳沉積電壓和時間，在具有取向聚合物纖維的導管基材表面電泳沉積CNT，形成三 維多孔網絡結構的CNT涂層；然后經過溶劑(磷酸、去離子水和乙醇)浸泡、清洗，除去涂層中多余的金屬離子，再經溶劑(三氯甲烷)浸泡、清洗除去聚合物纖維，最后將導管材料表面聚合物纖維溶出處形成的CNT涂層的中空部分超聲剝離，得到具有定向凹槽結構的CNT涂層修飾導管材料；c)在步驟b)得到的CNT涂層上，采用電化學脈沖聚合法沉積導電聚合物，采用三電極體系，在電解質和導電聚合物單體的混合水溶液中，以具有定向凹槽結構的CNT涂層修飾的導管材料作為工作電極，實施電化學脈沖聚合，在CNT束表面聚合形成導電聚合物捆扎涂層，得到導電聚合物同軸包覆CNT的復合涂層修飾的神經導管材料。所述的電紡絲聚合物纖維包括但不限于聚乳酸、聚己內酯、聚乙烯醇、聚乙二醇、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、膠原、多肽等，優選聚乳酸、聚己內酯或聚乙烯醇。優選地，所述的靜電紡絲過程中電壓為6-9kV，接受距離為6-10cm，紡絲時間為4-6min，平行電極間距為1-2cm。所述的電泳法是將導管基材作為電泳沉積的陰極，沉積電壓為50-200V，沉積時間為5-10min，電泳沉積發生在陰極電極上。所述的導電聚合物單體可選自苯胺、吡咯、噻吩，或是它們的衍生物。所述的三電極體系中，可選用鉑電極作為對電極，Ag/AgCl(飽和KCl溶液，下同)作為參比電極。電化學脈沖聚合過程中，沉積時間(Td)控制為5-20s，休眠時間(Tr)控制為100-600s，總聚合時間為60-120s。與現有技術相比，本發明具有以下突出的優點及有益效果：(1)本發明的具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合修飾涂層在構建凹槽結構的過程中，并未使用條件苛刻、費用昂貴的光蝕刻、等離子蝕刻等技術，降低了成本并增加了電極基材的選擇性，在實驗研究和實際應用上更具價值。此外，本發明方法形成的凹槽具有較平滑的邊緣，更利于神經細胞的貼附、伸展和導向。(2)本發明的具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合修飾涂層，與傳統CNT/導電聚合物復合修飾涂層相比，該涂層不僅具有納米級的三維多孔網絡結構，與神經細胞可形成一種交叉型亞細胞界面，更適合神經細胞的粘附，同時涂層中的微米級凹槽對神經細胞生長具有導向作用，進一步提高了修飾電極的生物相容性，有望實現電極的長期植入。(3)本發明的具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合修飾涂層由于保存了CNT的三維多孔網絡結構，其電子傳送通道沒有受到涂層物質的影響，而且導電聚合物的分子鏈沿CNT軸螺旋生長，進一步提升了復合電極材料的導電性能，具有高載流能力，可滿足神 經導管的應用要求。附圖說明圖1為本發明的具有定向凹槽結構的CNT涂層修飾神經導管的形成過程示意圖。圖2為本發明的具有拓撲結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾的神經導管的微米尺度結構(掃描電子顯微鏡照片)。圖3為本發明的具有拓撲結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾的神經導管的納米尺度結構(掃描電子顯微鏡照片)。具體實施方式以下通過具體實施方式對本發明做進一步說明，但有必要指出以下實施例只用于對發明內容的描述，并不構成對本發明保護范圍的限制，本發明保護范圍以權利要求為準。實施例1取向聚乳酸(PLLA)纖維是通過靜電紡絲技術實現的。將0.36gPLLA溶解在2.65g三氯甲烷和乙醇的混合液(體積比為3∶1)中，攪拌0.5h得到均勻的PLLA溶液用于紡絲。將靜電紡絲的電壓設定在6.5kV，接收器到針管的距離為7.5cm，這樣可以保證纖維直徑在1-2μm間，然后通過靜態平行電極在導管基材上收集PLLA紡絲纖維，放入烘箱于60℃下烘烤0.5h，取出備用。量取75μL0.1M的Al(NO3)3/乙醇溶液加入裝有19.5mL無水乙醇的玻璃瓶中，隨后向玻璃瓶中加入0.5mL混酸處理的單壁CNT/乙醇分散液(分散液濃度為0.5mg/mL)，在40kHz的條件下超聲5min后用作電泳沉積。在本實施例中，取沉積有PLLA的導管基材作為電泳沉積的陰極，等面積的裸不銹鋼片作為陽極，兩電極之間的距離約為1cm，為保證電極之間的穩定性以及沉積在電極上物質的均勻性，取上述配制好的分散液1mL作為電解液，在50V的電壓下電泳沉積5min。將得到的CNT涂層修飾導管材料在0.6M磷酸中浸泡15min，取出自然晾干后放入乙醇中浸泡10min，取出后經乙醇清洗自然晾干，放入三氯甲烷中浸泡10min，取出用三氯甲烷清洗晾干。將得到的CNT修飾的導管材料放入裝有乙醇的稱量瓶中，在40kHz的條件下超聲5min后取出，經乙醇清洗后晾干，即得到具有定向凹槽結構的CNT修飾的導管材料。以上述制備的CNT修飾導管為工作電極，在0.1M對甲基苯磺酸鈉和0.02M吡咯的混合水溶液中，采用電化學脈沖聚合在CNT束的表面沉積導電聚合物。電化學沉積是在電 化學工作站中進行的，采用三電極體系，Ag/Ag+電極作為參比電極，Pt片充當對電極。聚合電位0.75V，沉積時間(Td)為5s，休眠時間(Tr)為600s，聚合沉積過程中重復12個周期，得到具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾的神經導管材料，將其在空氣中晾干。制備的樣品性能參數：神經導管材料表面凹槽結構的凹槽寬度為2μm，深度為150nm，間距為10-20μm；CNT/導電聚合物復合涂層具有三維多孔網絡結構，孔徑在50nm左右。200圈循環伏安測試后電極電荷存儲能力衰減36％，神經導管的電刺激壽命良好。實施例2按照與實施例1基本相同的方法制備具有定向凹槽結構的CNT涂層修飾導管材料，靜電紡絲電壓設定為8kV，電泳沉積時間設為10min。將上述制備的修飾導管為工作電極，在0.1M對甲基苯磺酸鈉和0.01M的3，4-乙撐二氧噻吩的混合水溶液中，采用電化學脈沖聚合在CNT束的表面沉積導電聚合物。電化學沉積是在電化學工作站中進行的，采用三電極體系，Ag/Ag+電極作為參比電極，Pt片充當對電極。聚合電位1.0V，沉積時間(Td)為5s，休眠時間(Tr)為600s，聚合沉積過程中重復12個周期，得到具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾神經導管材料，將其在空氣中晾干。制備的樣品性能參數：神經導管材料表面凹槽結構的凹槽寬度為1-2μm，深度為100nm，間距為20-40μm；CNT/導電聚合物復合涂層具有三維多孔網絡結構，孔徑在50nm左右。200圈循環伏安測試后電極電荷存儲能力衰減13％，神經導管的電刺激壽命良好。實施例3按照與實施例1基本相同的方法制備具有定向凹槽結構的CNT涂層修飾導管材料，靜電紡絲電壓設定為8kV，電泳沉積時間設為10min。將上述制備的修飾電極為工作電極，在0.1M高氯酸鋰和0.02M苯胺的混合水溶液中，采用電化學脈沖聚合在CNT束的表面沉積導電聚合物。電化學沉積是在電化學工作站中進行的，采用三電極體系，Ag/Ag+電極作為參比電極，Pt片充當對電極。聚合電位1.0V，沉積時間(Td)為5s，休眠時間(Tr)為600s，聚合沉積過程中重復4個周期，得到具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾神經導管材料，將其在空氣中晾干。制備的樣品性能參數：神經導管材料表面凹槽結構的凹槽寬度為1-2μm，深度為100nm，間距為20-40μm；CNT/導電聚合物復合涂層具有三維多孔網絡結構，孔徑在50nm左右。200圈循環伏安測試后電極電荷存儲能力衰減10％，神經導管的電刺激壽命良好。實施例4按照與實施例1基本相同的方法制備具有定向凹槽結構的CNT涂層修飾導管材料，電紡絲纖維采用聚己內酯/絲素蛋白復合纖維，其中控制聚己內酯和絲素蛋白的比例為1∶1，溶劑為六氟異丙醇，溶液中溶質濃度為7％。將上述制備的修飾電極為工作電極，在0.1M對甲基苯磺酸鈉和0.01M的3，4-乙撐二氧噻吩的混合水溶液中，采用電化學脈沖聚合在CNT束的表面沉積導電聚合物。電化學沉積是在電化學工作站中進行的，采用三電極體系，Ag/Ag+電極作為參比電極，Pt片充當對電極。聚合電位1.0V，沉積時間(Td)為5s，休眠時間(Tr)為600s，聚合沉積過程中重復4個周期，得到具有定向凹槽結構的CNT/導電聚合物復合涂層修飾神經導管材料，將其在空氣中晾干。制備的樣品性能參數：神經導管材料表面凹槽結構的凹槽寬度為1μm，深度為120nm，間距為20-40μm；CNT/導電聚合物復合涂層具有三維多孔網絡結構，孔徑在50nm左右。200圈循環伏安測試后電極電荷存儲能力衰減10％，神經導管的電刺激壽命良好。