一种3D导电细胞培养支架及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种3D导电细胞培养支架及其制备方法。所述的培养支架通过先将聚丙烯腈与Fe3O4通过静电纺丝技术以水相装置接收，制得高度离散的聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维支架，随后利用原位聚合，在支架纤维表面包裹PEDOT，利用氧化石墨烯与PEDOT之间的静电吸附，在3D支架最外层负载氧化石墨烯制得。本发明专利技术的培养支架，纤维之间平均孔径达13.8μm，具有内外高度连通的三维多孔结构，细胞能顺利迁移至支架内部形成均一的细胞‑3D培养体系。同时，具有良好导电性的PEDOT与氧化石墨烯相互吸引，石墨烯片层牢固的附着在纤维最外层。本发明专利技术的培养支架具有良好的生物相容性，有利于细胞黏附、生长和增殖。

A 3D Conductive Cell Culture Scaffold and Its Preparation Method

The invention discloses a 3D conductive cell culture scaffold and a preparation method thereof. The culture scaffold is prepared by receiving polyacrylonitrile and Fe3O4 through electrospinning technology in an aqueous phase device, and then by in situ polymerization, PEDOT is coated on the surface of the scaffold fiber, and graphene oxide is loaded on the outermost layer of the 3D scaffold by electrostatic adsorption between graphene oxide and PEDOT. The culture scaffold of the invention has an average pore diameter of 13.8 um between the fibers and a highly connected three-dimensional pore structure inside and outside. The cells can migrate smoothly into the scaffold to form a homogeneous cell 3D culture system. At the same time, PEDOT with good conductivity attracts graphene oxide, and graphene sheets are firmly attached to the outermost layer of the fiber. The culture scaffold of the invention has good biocompatibility and is beneficial to cell adhesion, growth and proliferation.

【技术实现步骤摘要】
一种3D导电细胞培养支架及其制备方法
本专利技术属于生物医学材料
，涉及一种3D导电细胞培养支架及其制备方法。
技术介绍
三维细胞培养培养技术(TDCC)是指将具有三维结构不同材料的载体与各种不同种类的细胞在体外共同培养，使细胞能够在载体的三维立体空间结构中迁移、生长，构成三维的细胞载体复合物的一种技术。相比于传统二维平面培养，三维培养方式更接近细胞在天然细胞外基质中的生长状态并且维持细胞的功能化表达水平，从而能够在体外模拟生物体内细胞生长状态。因此，三维培养技术能够在药物筛选以及细胞毒性检测过程中使结果更加精确，可靠。三维纳米纤维支架因其拥有与天然细胞外基质相似的结构(HogrebeNJ,etal.Biomaterialmicroarchitecture:Apotentregulatorofindividualcellbehaviorandmulticellularorganization[J].JournalofBiomedicalMaterialsResearchPartA,2016.)而被广泛应用于细胞三维培养技术的研究中。静电纺丝技术作为纳米纤维最理想的制备方式，可用于制备三维纳米纤维支架。目前基于静电纺丝技术的三维纳米纤维支架的制备策略主要有：添加三维辅助接收装置；纺丝过程中添加制孔剂；叠加静电纺丝纳米纤维膜；利用聚合物本身性质在纺丝过程的自组装效应(SunB,etal.Advancesinthree-dimensionalnanofibrousmacrostructuresviaelectrospinning[J].ProgressinPolymerScience,2014,39(5):862-890.)。但上述方法制备的三维纳米纤维支架的孔径过小(<5μm)，细胞无法顺利穿透迁移至支架内部形成均一培养体系，因此，细胞仍是以近似二位平面培养的方式生长在纳米纤维支架表面，无法模拟细胞在天然生物体内的存在状态。电刺激培养细胞对多功能干细胞定向分化，神经细胞突触延长等方面有十分显著的促进作用，将电刺激与细胞三维培养支架结合，能够赋予细胞类似天然细胞外基质生长环境的同时引入电刺激，使两者共同作用于细胞达到协同促进的作用(1.TianHC,etal.Grapheneoxidedopedconductingpolymernanocompositefilmforelectrode-tissueinterface.[J].Biomaterials,2014,35(7):2120-2129.；2.ChenC,etal.BiointerfacebyCellGrowthonGrapheneOxideDopedBacterialCellulose/Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)Nanofibers[J].AcsAppliedMaterials&Interfaces,2016,8(16):10183.)。现有的三维导电支架普遍只具有宏观三维结构，实施电刺激诱导时两者的协同促进作用无法得到体现(ChenC,etal.Three-DimensionalBC/PEDOTCompositeNanofiberswithHighPerformanceforElectrode–CellInterface[J].AcsAppliedMaterials&Interfaces,2015,7(51):28244.)。因此有必要制备具有适宜细胞迁移孔径的三维纳米纤维支架。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有10微米以上孔径、良好导电性和生物相容性的聚丙烯腈/Fe3O4/聚乙烯二氧噻吩/氧化石墨烯纳米的3D导电细胞培养支架及其制备方法。实现本专利技术目的的技术方案如下：一种3D导电细胞培养支架，通过先将聚丙烯腈与Fe3O4通过静电纺丝技术以特定接收装置，制得高度离散的聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维支架，随后利用原位聚合在支架纤维表面包裹聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)，利用氧化石墨烯与PEDOT之间的静电吸附，在3D支架最外层负载氧化石墨烯，具体制备步骤如下：步骤1，聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液制备：将Fe3O4纳米颗粒置于N’N-二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，加入与Fe3O4等质量的TritonX-100，再次超声分散均匀，加入聚丙烯腈原丝，超声溶解，过夜，得到聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液，其中Fe3O4浓度为0.037～0.042g/mL；步骤2，蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维的制备：将聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液利用湿法静电纺丝技术制备纳米纤维，以底部带有磁铁且水深为8～10mm的培养皿为接收器，纳米纤维经真空冷冻干燥，即得到蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维；步骤3，蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT的制备：将蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维置于乙烯二氧噻吩与三氯化铁的混合乙醚溶液中，冰水浴下，超声密闭反应，反应结束后，乙醇反复洗涤，以水置换支架中的乙醇，经真空冷冻干燥，即得到蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT纳米纤维；步骤4，氧化石墨烯分散液的制备：将氧化石墨烯在水中超声分散，得到氧化石墨烯分散液；步骤5，聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT/氧化石墨烯3D导电支架的制备：将蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT纳米纤维置于氧化石墨烯分散液中，剧烈振荡，静置过夜后，水洗除去未负载的石墨烯片层，即得到聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT/氧化石墨烯3D导电支架。优选地，步骤1中，所述的聚丙烯腈浓度为0.125～0.15g/mL，Fe3O4超声分散时间为0.8～1h,TritonX-100超声分散时间为0.8～1h,聚丙烯腈原丝超声分散时间为1.5～2h。优选地，步骤2中，所述的磁铁为钕铁硼磁铁，纺丝电压为15～16kV，纺丝液流速为0.5～0.8mL/h，接收距离为10～12cm。优选地，步骤3中，所述的乙烯二氧噻吩的浓度为0.015～0.02g/mL，氯化铁的浓度为0.02～0.03g/mL。优选地，步骤3中，蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维先分散于乙烯二氧噻吩溶液中，再加入与乙烯二氧噻吩等体积的氯化铁溶液。优选地，步骤3中，所述的水与乙醇置换采用梯度置换，水与乙醇比例依次为1:9，3:7，5:5，7:3，9:1。优选地，步骤4中，所述的氧化石墨烯分散液的浓度为0.5～1.5mg/mL。与现有技术相比，本专利技术的具有以下优点：(1)本专利技术的蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维密度为0.7718mg/cm3，属超轻材料，纤维之间平均孔径达13.8μm，具有内外高度连通的三维多孔结构，细胞能顺利迁移至支架内部形成均一的细胞-3D培养体系；(2)PEDOT表面所带的正电荷与氧化石墨烯表面所带负电荷相互吸引，使石墨烯片层牢固的附着在纤维最外层，不易脱落，不会对细胞造成潜在毒性，PEDOT的引入赋予3D支架良好导电性，为天然生物体内细胞对微电流刺激响应在体外模型的构建提供支撑材料，支架最外层负载的氧化石墨烯具有良好的生物相容性，有利于细胞黏附、生长和增殖。附图说明图1为蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维水相分散实物图。图2为蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种3D导电细胞培养支架的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液制备：将Fe3O4纳米颗粒置于N’N‑二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，加入与Fe3O4等质量的Triton X‑100，再次超声分散均匀，加入聚丙烯腈原丝，超声溶解，过夜，得到聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液，其中Fe3O4浓度为0.037～0.042g/mL；步骤2，蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维的制备：将聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液利用湿法静电纺丝技术制备纳米纤维，以底部带有磁铁且水深为8～10mm的培养皿为接收器，纳米纤维经真空冷冻干燥，即得到蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维；步骤3，蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT的制备：将蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维置于乙烯二氧噻吩与三氯化铁的混合乙醚溶液中，冰水浴下，超声密闭反应，反应结束后，乙醇反复洗涤，以水置换支架中的乙醇，经真空冷冻干燥，即得到蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT纳米纤维；步骤4，氧化石墨烯分散液的制备：将氧化石墨烯在水中超声分散，得到氧化石墨烯分散液；步骤5，聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT/氧化石墨烯3D导电支架的制备：将蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT纳米纤维置于氧化石墨烯分散液中，剧烈振荡，静置过夜后，水洗除去未负载的石墨烯片层，即得到聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT/氧化石墨烯3D导电支架。...

【技术特征摘要】
1.一种3D导电细胞培养支架的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液制备：将Fe3O4纳米颗粒置于N’N-二甲基甲酰胺中，超声分散均匀，加入与Fe3O4等质量的TritonX-100，再次超声分散均匀，加入聚丙烯腈原丝，超声溶解，过夜，得到聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液，其中Fe3O4浓度为0.037～0.042g/mL；步骤2，蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维的制备：将聚丙烯腈/Fe3O4静电纺丝液利用湿法静电纺丝技术制备纳米纤维，以底部带有磁铁且水深为8～10mm的培养皿为接收器，纳米纤维经真空冷冻干燥，即得到蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维；步骤3，蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT的制备：将蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4纳米纤维置于乙烯二氧噻吩与三氯化铁的混合乙醚溶液中，冰水浴下，超声密闭反应，反应结束后，乙醇反复洗涤，以水置换支架中的乙醇，经真空冷冻干燥，即得到蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT纳米纤维；步骤4，氧化石墨烯分散液的制备：将氧化石墨烯在水中超声分散，得到氧化石墨烯分散液；步骤5，聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT/氧化石墨烯3D导电支架的制备：将蓬松态聚丙烯腈/Fe3O4/PEDOT纳米纤维置于氧化石墨烯分散液中，剧烈振荡，静置过夜后，水洗除...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯章启，史传梅，严珂，夏一鹭，李通，袁旭，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32