随着生物医用高分子材料的发展,导电高分子以其独特的物理和化学性质在生物医学领域被广泛研究和应用探索。导电高分子,如聚苯胺、聚噻吩等在提供导电性的同时,本身表现出良好的氧化还原活性即电活性,能够诱导细胞生长和分化。但这些导电聚合物用于组织工程时,不可降解性、不可吸收性和加工性差等成为限制它们应用的主要因素,因此多种类型的可降解导电性和电活性高分子被设计和合成。苯胺齐聚物(如苯胺三聚体、四聚体等低聚体)具有规整的分子结构、可逆的氧化还原性和较好的生物相容性,且可在生理环境中通过肾脏清除并排出体外。因此,开发基于苯胺齐聚物的可降解功能支架材料用于组织工程修复具有重要的意义。外加电刺激被报道可以有效的调控细胞行为和促进组织再生,而包含苯胺齐聚物的导电生物材料可以实现局部定位电刺激,提高电刺激效率,从而更好的调控细胞粘附、迁移、增殖和分化。然而,简单有效地合成出生物相容、成型方便的导电性和电活性聚合物依然是组织工程中的难点和挑战,有待进一步设计和挖掘。因此,我们设计并合成了一系列新颖的导电性和电活性聚合物,进一步通过静电纺丝和静电滴球技术等分别制备了图案化导电性纳米纤维毡和电活性微球等不同应用形式的材料,然后通过体内和体外实验,系统地评价了它们潜在的生物医用前景,全文主要包括以下四部分的内容。(1)我们以苯胺四聚体、多巴胺和聚乙二醇为原料,通过自由基加成反应合成了具有粘附性的导电无规共聚物poly(ATMA-co-DOPAMA-co-PEGMA)(PAT)。该材料不仅保持一定的导电性和电活性,还具有良好的亲水性和血液相容性,结合电刺激具有协同提高MC3T3-E1细胞增殖、碱性磷酸酶活性、细胞外基质钙沉积和成骨基因表达的特性。贻贝来源多巴胺分子的引入赋予材料良好的粘附性和生物相容性,使其应用形式更灵活、更广泛。(2)在高碘酸钠作用下,将上述电活性共聚物(PAT)通过其多巴胺段的氧化还原反应修饰于可降解PLGA/HA微球上,制备出电活性微球(PAT@HA/PLGA)。进一步地将含YKYKY的胰岛素样生长因子(IGF-1)在酪氨酸酶作用下转变为DOPA-IGF-1并固定于微球表面,制备出具有电活性和生物活性的可降解微球。体外细胞培养表明,所制备的微球具有良好的生物相容性,显著提高成骨细胞增殖效率和分化的特性。将不同功能性微球注射到5 mm尺寸的大鼠颅骨临界缺损处,植入8周后的修复结果表明,电活性和生物活性微球可显著促进缺损处新骨的生成和骨愈合效果。(3)将PAT共聚物和聚己内酯(PCL)复合,通过静电纺丝方法制备出生物降解的图案化导电性纳米纤维毡,利用PAT内的DOPA分子将神经生长因子(NGF)修饰于纤维表面,进而应用于神经组织工程。获得的导电纤维毡具有连续交替的谷和脊图案化结构。在电刺激下,具有特定形貌的的导电性纤维毡固定有NGF后,对神经干细胞(NSCs)的增殖和分化具有正向协同作用,促进NSCs向神经元方向分化,并抑制向星形胶质细胞方向的分化,表明有利于神经的再生与修复。(4)将苯胺三聚体和PCL通过逐步加成反应合成了导电聚合物(PCL-IPDI-AT),以高温溶剂蒸发法制备了形状记忆性的导电弹性体薄膜,并初步探索了其体外生物相容性和应用性。该共聚物薄膜具有尺寸均一的多孔结构、优异的可拉伸性和形状记忆性。这种具有导电性、一定粗糙度和多孔结构的导电弹性体材料在电刺激下促进了成骨细胞的生长和成骨分化。综上所述,我们制备的多种应用形式的导电性和电活性功能支架材料不仅加快细胞间电信号的传导,而且在外加电刺激的作用下可调控植入材料表面的细胞行为,进而有效的促进了细胞的功能性分化以及体内缺损组织的修复和再生。