一种3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的制备方法，先利用壳聚糖和吡咯为原料，在单电子还原剂三氯化铁存在条件下，反应生成聚吡咯‑壳聚糖聚合物；之后在交联剂戊二醛存在条件下，将聚吡咯‑壳聚糖聚合物交联于明胶海绵片的孔隙中，形成具有多孔结构的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料。本发明专利技术方法制备得到的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料具有较好的机械强度，良好的生物相容性，较高的导电性能，较低的阻抗，电压损失小，能够加快心肌细胞间Ca

A 3D polypyrrole chitosan gelatin composite conductance material and its preparation method

The invention relates to a preparation method of a 3D polypyrrole chitosan gelatin composite conductive material, using chitosan and pyrrole as raw materials, the single electron reducing agent ferric chloride condition, the reaction of polypyrrole chitosan polymer; then in glutaraldehyde conditions, chitosan crosslinked polymer polypyrrole on gelatin sponge pores, formation of 3D chitosan gelatin composite polypyrrole conductive material with porous structure. The 3D polypyrrole chitosan gelatin composite conductive material prepared by the method has good mechanical strength, good biocompatibility, high conductivity, low impedance and low voltage loss, and can accelerate Ca between cardiac myocytes.

【技术实现步骤摘要】
一种3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料及其制备方法
本专利技术属于材料
，具体涉及一种3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料及其制备方法。
技术介绍
随着经济社会的发展，先天性心脏病(CongenitalHeartDiease，CHD)患儿的出生率已经有明显的下降；然而有研究表明，包括中国在内的亚洲地区，CHD出生率高达0.9％，是严重威胁儿童健康成长的疾病之一，给个人、家庭、社会带来沉重负担。近年来，心肌梗死引起大量心肌细胞纤维死亡形成瘢痕并纤维化，破坏了心脏原有的点活动传导通路，不仅引起心脏收缩舒张功能下降，还能引起心脏电活动异常，如传导延迟、各种类型的心率失常。重构瘢痕区传导能够让残存心肌同步化。先天性心脏病是婴幼儿死亡的主要原因之一。心脏组织工程作为一种修复心脏缺损的手段引起了人们极大的关注。很多可降解的生物材料(例如海藻酸、胶原蛋白、明胶海绵和聚乙醇酸)可用于修复心脏的缺损或使心脏梗死区稳定和防止心脏扩张。前期研究发现，在动物心梗模型中，用明胶海绵负载心肌细胞进行贴片移植，证实能够支持细胞存活和促进局部血管生成；海藻酸多孔补片也用于心梗的实验研究；3D聚乙醇酸作为一种生物相容材料可以支持胚胎干细胞向心肌样细胞分裂和增殖。轻中度心室功能障碍的患者可能受益于细胞因子注射、细胞补片、水凝胶注射或心梗部位表面加固。然而，这些生物材料导电性差或是绝缘体，限制其应用，急需研究新材料来解决上述问题。导电生物材料是一种特殊的导电聚合材料，具有金属离子导电性；很多导电聚合材料应用于生物组织工程中，Ppy是研究最多的导电聚合，具有良好的导电性和生物相容性。有学者合成3DPpy-PLGA导电复合材料，应用于心肌祖细胞和IPS细胞研究，该材料具有良好的生物相容性和导电性，且能够支持心肌祖细胞和IPS细胞向心肌增殖分化能力。然而，很少有研究3D复合导电补片材料用于心脏组织工程的可行性，以通过其电化学特性提高心肌细胞电导率和心脏电脉冲传播。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料及其制备方法。本专利技术方法制备得到的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料具有良好的生物相容性，较高的导电性能，较低的阻抗，能够加快心肌细胞间钙信号传递。本专利技术所采用的技术方案为：(1)配制醋酸溶液，向所述醋酸溶液中加入壳聚糖，并控制所述醋酸溶液中醋酸与壳聚糖的质量之比为0.4:1-0.6:1，搅拌条件下进行充分混合均匀，得到壳聚糖酸性溶液；(2)向步骤(1)所述壳聚糖酸性溶液中加入吡咯，并控制所述壳聚糖酸性溶液中壳聚糖与吡咯的质量之比为1:0.03-1:0.4，搅拌条件下进行充分混合均匀，得到壳聚糖-吡咯混合溶液；(3)配制三氯化铁溶液，在暗室中、搅拌条件下，将所述三氯化铁溶液缓慢滴加至所述壳聚糖-吡咯混合溶液中，控制三氯化铁溶液中三氯化铁与吡咯的质量之比为1:0.2-1:0.4；滴加完后，继续搅拌至充分反应，得到黑色的聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液；(4)将所述聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液置于反渗式透析袋中，采用PBS缓冲液透析去掉多余的铁离子和吡咯，之后采用甘油磷酸二钠对所述聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液调节pH为5.8-6.5，备用；(5)向步骤(4)调节pH后的聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液中加入明胶海绵片，充分混合均匀后，加入戊二醛，并控制所述戊二醛与所述聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液的体积之比为1:250-1:1000，充分反应，依次进行脱水、冻干，即得所述的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料。步骤(1)中，所述醋酸溶液的浓度为0.17-0.18mol/L。步骤(1)中，进行所述搅拌的速度为300-500rpm，进行所述搅拌的时间为2-4h。步骤(2)中，进行所述搅拌的速度为300-500rpm，进行所述搅拌的时间为8-12h。步骤(3)中，所述三氯化铁溶液的浓度为0.067-0.67mol/L。步骤(3)中，所述三氯化铁溶液的滴加速度为0.3-0.6ml/h。步骤(4)中，所述PBS缓冲液为0.05×PBS-0.2×PBS。步骤(4)中，所述甘油磷酸二钠的质量浓度为45-55％。步骤(5)中，所述明胶海绵片的规格为10mm*3mm*60mm，所述戊二醛的质量浓度为0.4-4％；所述脱水为酒精梯度脱水(酒精梯度浓度依次为30％-50％-70％-80％-90％-100％，每次3min，共2次)，所述冻干的时间为12-24h。所述方法制备得到的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料。本专利技术的有益效果为：本专利技术所述的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的制备方法，先利用壳聚糖和吡咯为原料，在单电子还原剂三氯化铁存在条件下，反应生成聚吡咯-壳聚糖聚合物；之后在交联剂戊二醛存在条件下，将聚吡咯-壳聚糖聚合物交联于明胶海绵片的孔隙中，形成具有多孔结构的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料。本专利技术方法制备得到的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料具有较好的机械强度，良好的生物相容性，较高的导电性能，较低的阻抗，电压损失小，能够加快心肌细胞间Ca2+信号传递。在体外评估实验证明，所述3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料在大鼠心脏中作为修补材料来取代全层右心室流出道(RVOT)缺陷具备可行性和有效性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是壳聚糖与吡咯反应生成聚吡咯壳聚糖的反应机理图；图2是聚吡咯壳聚糖交联于明胶孔隙中形成3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的合成机理图；图3A-3C分别为吡咯、壳聚糖、聚吡咯壳聚糖的红外图谱；图4A-4C分别为明胶、壳聚糖明胶、聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的SEM图；图5为明胶、壳聚糖明胶、聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的应力变力对比图；图6为明胶、壳聚糖明胶、聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的断裂应力统计分析对比图；图7为明胶(Gel)、壳聚糖明胶(Chi-Gel)、聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料(Ppy-Chi-Gel)的生物相容性对比分析图；图8A为明胶(Gel)、壳聚糖明胶(Chi-Gel)、聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料(Ppy-Chi-Gel)的循环I-V图；图8B为明胶(Gel)、壳聚糖明胶(Chi-Gel)、聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料(Ppy-Chi-Gel)的导电率对比图；图9为明胶(Gel)、壳聚糖明胶(Chi-Gel)、聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料(Ppy-Chi-Gel)在电信号通过后记录到的电压统计结果对比图；图10为Gel、Chi-Gel、Ppy-Chi-Gel三种材料上两个感兴趣区间(ROI#1、ROI#2)上NRVM间Ca2+信号传递速度统计分析对比图；图11为心脏超声观察到Ppy-Chi-Gel补片后7天超声心动图；图12A为Gel、Chi-Gel、Ppy-Chi-Gel移植7天后补片面积变化情况；图12B为Gel、Chi-Gel、Ppy-Chi-Gel移植28天后补片面积变化情况；图12C为Gel、Chi-Gel、Ppy-Chi-Gel移植28天后补片横断面厚度统计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制醋酸溶液，向所述醋酸溶液中加入壳聚糖，并控制所述醋酸溶液中醋酸与壳聚糖的质量之比为0.4:1‑0.6:1，搅拌条件下进行充分混合均匀，得到壳聚糖酸性溶液；(2)向步骤(1)所述壳聚糖酸性溶液中加入吡咯，并控制所述壳聚糖酸性溶液中壳聚糖与吡咯的质量之比为1:0.03‑1:0.4，搅拌条件下进行充分混合均匀，得到壳聚糖‑吡咯混合溶液；(3)配制三氯化铁溶液，在暗室中、搅拌条件下，将所述三氯化铁溶液缓慢滴加至所述壳聚糖‑吡咯混合溶液中，控制三氯化铁溶液中三氯化铁与吡咯的质量之比为1:0.2‑1:0.4；滴加完后，继续搅拌至充分反应，得到黑色的聚吡咯‑壳聚糖聚合物溶液；(4)将所述聚吡咯‑壳聚糖聚合物溶液置于反渗式透析袋中，采用PBS缓冲液透析去掉多余的铁离子和吡咯，之后采用甘油磷酸二钠对所述聚吡咯‑壳聚糖聚合物溶液调节pH为5.8‑6.5，备用；(5)向步骤(4)调节pH后的聚吡咯‑壳聚糖聚合物溶液中加入明胶海绵片，充分混合均匀后，加入戊二醛，并控制所述戊二醛与所述聚吡咯‑壳聚糖聚合物溶液的体积之比为1:250‑1:1000，充分反应，依次进行脱水、冻干，即得所述的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料。...

【技术特征摘要】
1.一种3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)配制醋酸溶液，向所述醋酸溶液中加入壳聚糖，并控制所述醋酸溶液中醋酸与壳聚糖的质量之比为0.4:1-0.6:1，搅拌条件下进行充分混合均匀，得到壳聚糖酸性溶液；(2)向步骤(1)所述壳聚糖酸性溶液中加入吡咯，并控制所述壳聚糖酸性溶液中壳聚糖与吡咯的质量之比为1:0.03-1:0.4，搅拌条件下进行充分混合均匀，得到壳聚糖-吡咯混合溶液；(3)配制三氯化铁溶液，在暗室中、搅拌条件下，将所述三氯化铁溶液缓慢滴加至所述壳聚糖-吡咯混合溶液中，控制三氯化铁溶液中三氯化铁与吡咯的质量之比为1:0.2-1:0.4；滴加完后，继续搅拌至充分反应，得到黑色的聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液；(4)将所述聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液置于反渗式透析袋中，采用PBS缓冲液透析去掉多余的铁离子和吡咯，之后采用甘油磷酸二钠对所述聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液调节pH为5.8-6.5，备用；(5)向步骤(4)调节pH后的聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液中加入明胶海绵片，充分混合均匀后，加入戊二醛，并控制所述戊二醛与所述聚吡咯-壳聚糖聚合物溶液的体积之比为1:250-1:1000，充分反应，依次进行脱水、冻干，即得所述的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料。2.根据权利要求1所述的3D聚吡咯壳聚糖明胶复合电导材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述醋酸溶液的浓度为0.17-0.18mol...

【专利技术属性】
技术研发人员：何生，阎长平，李仁科，姜增誉，李健丁，宋慧芳，
申请(专利权)人：山西医科大学第一医院，
类型：发明
国别省市：山西,14