三维导电聚合物修饰石墨烯网络电极的构建及其在青光眼治疗上的应用

We are aimed to prepare 3D nanowebs from conducting polymers and graphene via electrospinning. Graphene is traditionally prepared by chemical oxidation or chemical vapor polymerisation. The structure and conductivity of the resulting graphene are generally damaged. In this work, we will fabricate edge functionalized graphene using a novel method reported from our previous study-the solid state ball milling technique. The new approach we used will lead to significant improvement during graphene preparation such as cost reduction, environmental protection, structure and conductivity enhancement. We will study electronic stimulation on the graphene/conducting polymer substrate and their influence on the growth of ocular nerve ganalion cells, providing useful information for ocular nerve regeneration and glaucoma diagnosis.

本研究拟采用静电纺丝技术构建导电聚合物修饰的石墨烯三维纳米网络电极，探讨其在视神经再生及青光眼治疗方面的应用可行性。传统的化学氧化法或气相沉积法所制备的石墨烯均存在一定的表面结构破坏，导致其电子导电性的降低。在本研究中，我们将采用我们率先报道的固相球磨法制备边缘功能化石墨烯及其衍生物，在简化制备工艺流程，降低生产成本，减少环境污染的同时，提高所研制的石墨烯结构的完整性和导电性。本项目将进一步探讨基于导电聚合物修饰石墨烯三维电极的电刺激对于视神经节细胞生长情况的影响和视神经再生的可能性，为青光眼的临床诊治提供新的途径。

本项目采用固相球磨技术, 通过机械化学反应边缘功能化石墨片层，在石墨片层边缘引入导电聚合物单体如吡咯; 通过吡咯单体的聚合与球磨应力，制备了生物相容性好，机械稳定性强的聚吡咯石墨烯（PPy-G）。将PPy-G均匀分散在聚乳酸（PLGA）溶液中，结合静电纺丝技术，制备三维的PPy-G/PLGA复合纳米纤维。通过调整静电纺丝条件进一步调控纳米的纤维结构和形貌，从而研制了定向垂直的PPy-G/PLGA复合纳米纤维。该复合纳米纤维直径均一，形貌光滑连续，具有良好的电化学活性。将所制备的PPy-G/PLGA纳米纤维支架作为视网膜神经节细胞（RGCs）生长的基底，可调控RGCs细胞整齐均一地朝着纳米纤维排列的方向生长和延伸。在RGC细胞附着的纳米纤维支架上添加外加电场刺激之后, RCCs细胞能够更好的沿着纳米纤维纺丝的方向延伸,且神经突触有了显著的伸长，揭示电刺激可能促进了RGCs神经突触的再生。将该纳米纤维支架经角膜缘侧的巩膜切口植入C57BL/6J小鼠视网膜表面，经免疫荧光染色后发现植入组视网膜神经节细胞层轴突膜蛋白GAP43的表达量明显升高，证实了小鼠体内RGCs突触的形成和神经细胞的再生。本研究所研制的三维复合纳米复合纤维支架，也可广泛的应用于眼部其它组织再生如电刺激角膜再生、电刺激视网膜再生，甚至人体其它器官的电刺激组织再生，为传统临床医学神经再生技术的发展提供新的思路。.本项目研究成果获得国家授权发明专利2项；发表SCI学术论文6篇，总影响因子大于23。