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植入式神经电刺激疗法为帕金森,癫痫等神经系统疾病提供了新的治疗手段,而伴随人口老龄化程度增加,神经退行性疾病的发病率越来越高,因此,人们对神经电刺激疗法以及神经假体的需求日趋上升。神经电极是植入式神经假体的核心组成部分,其与组织直接接触并将刺激电荷注入靶组织。电极与组织之间的生物相容性和电极的电化学性能是当前亟待解决的重要问题。本课题通过在电极表面构建氧化铱(Iridium Oxide,IrOx)涂层提高电极的电化学性能,利用多巴胺自聚合在IrOx表面修饰聚多巴胺(Polydopamine,PDA)涂层,并接枝层粘连蛋白(Laminin,LN)进行二次功能化改善涂层的生物相容性,促进神经细胞的粘附与增殖,最后,通过自制电刺激装置研究电刺激对细胞行为的影响,具体内容如下:1.IrOx的制备及表征,将钛基底定向抛光打磨形成表面纹路后,通过射频磁控溅射法制备Ir薄膜,再通过循环伏安法在0.1 MH2SO4或0.5 MNa2HPO4中将Ir活化为IrOx涂层。场发射扫描电镜(FE-SEM)结果表明,与Ir相比,IrOx涂层具有均匀的多孔结构,且0.1 MH2SO4活化的IrOx涂层结构更为平整均一。循环伏安测试表明Ir薄膜被活化为IrOx涂层后,其储存电荷能力有了显著提升,且机械稳定性和电化学稳定性优异。电化学阻抗谱(EIS)结果表明IrOx涂层在1000 Hz处具有较小的阻抗。这些结果表明IrOx具有优异的电化学性能,适于作为植入式刺激电极表面修饰材料。2.IrOx/PDA/LN涂层的制备与表征,利用多巴胺的氧化自聚合在IrOx表面修饰PDA,并将其浸泡在LN溶液中实现二次功能化。结果显示随着多巴胺的氧化自聚合时间增加,PDA厚度逐渐增加,氧化自聚合24h后的PDA厚度达到37.18±0.94 nm。稳定性实验表明,PDA在PBS中的释放少,涂层稳定性较好。通过X射线光电子能谱(XPS)进行元素分析及蛋白定量检测发现,随着LN浓度增加,PDA表面固定的蛋白含量也逐渐增加,表明PDA可有效将LN固定到材料表面。IrOx、IrOx/PDA、IrOx/PDA/LN 涂层的水接触角分别为 122.43±5.70°、75.31± 3.93°、68.60±3.30°,表明PDA及LN修饰可以显著提高材料的亲水性。这些结果显示,IrOx/PDA/LN涂层稳定性好,且具有良好的亲水性。3.通过材料浸提液的毒性试验及神经细胞(本实验中为大鼠肾上腺嗜铬细胞瘤细胞PC12及神经干细胞NSCs)在材料表面的粘附与增殖测试对IrOx/PDA/LN涂层的生物相容性进行进一步评价。结果显示IrOx对于PC12细胞及NSCs无明显毒性,IrOx/PDA/LN涂层能促进PC12细胞及NSCs的粘附与增殖。将NSCs置于IrOx/PDA/LN涂层表面培养,在涂层表面图案影响下,随着NSCs培养时间的不断延长,其神经突开始对齐并逐渐平行于表面图案的方向。由于IrOx/PDA/LN涂层良好的电导性,IrOx/PDA/LN样品上NSCs的神经突长度增加。这些结果进一步说明IrOx/PDA/LN涂层具有较好的生物相容性,可用于植入式神经电极的表面修饰。4.探究电刺激对神经细胞行为的影响。对IrOx/PDA/LN涂层上的PC12细胞分别施加垂直和平行于表面纹路方向的电刺激后,IrOx/PDA/LN涂层上PC12的神经突长度增加,并且神经突沿电刺激的方向重新排列定向。在IrOx/PDA/LN涂层上对NSCs进行特定参数的电刺激后,NSCs向神经元方向分化的比例增加。这些结果表明,IrOx/PDA/LN涂层作为神经刺激电极表面修饰材料时,在特定的电刺激条件下,可以调控神经细胞行为,促使NSCs更多地分化为神经元并形成神经网络,对神经系统疾病治疗具有借鉴意义。