一種三層復合小口徑血管支架及其制備方法與流程

本發明屬于生物醫學技術領域，具體地說，涉及一種人工血管支架，尤其是一種三層復合小口徑血管支架及其制備方法。

背景技術：

近年來，心血管疾病的發病率逐漸增加，目前治療心血管疾病的主要方法是血管移植，自體的靜脈和動脈移植無疑是最佳選擇，然而，由于患者自身條件的原因，嚴重限制了傳統的移植手術。大口徑的合成血管支架如Dacron公司對聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和Gore公司生產的膨脹聚四氟乙烯(ePTFE)已經被成功用于血液高速流動的主動脈上如胸、腹主動脈。然而，目前廣泛使用的合成血管支架并不能滿足小口徑血管支架的需求。主要是由于其抗血栓能力差、新內膜增生造成的再狹窄等導致了移植的失敗。

人體血管結構包含內膜、中膜和外膜三層。由于現有的紡織型人工血管支架大多為單層結構，存在著滲血的問題。因此，研究者們在嘗試通過不同的方法來制備多層結構的血管支架來模擬與人體血管類似的結構。專利CN105457101A公開了一種三層結構小口徑血管支架的制備方法。專利CN105031735A公開了一種三層復合結構小口徑人工血管及其制備方法。專利CN102764171A公開了一種靜電紡絲復合血管支架及其制備方法。Park等制備了雙層結構的小口徑血管支架。(參考文獻1：Won Sup Choi,Yoon Ki Joung,Yunki Lee,Jin Woo Bae,Ki Dong Park,et al.Enhanced Patency and Endothelialization of Small-Caliber Vascular Grafts Fabricated by Coimmobilization of Heparin and Cell-Adhesive Peptides.ACS Appl.Mater.Interfaces,2016,8,4336-4346.)

目前，制備血管支架的方法有很多，主要有熱致相分離、溶劑鑄造微粒浸出技術、水凝膠、分子自組裝等方法。但這些方法不僅操作復雜，且制備的血管支架結構、形貌、組成均不可控。通過靜電紡絲法制備的纖維直徑分布從幾十納米到幾微米，同時具有孔隙率高、比表面積大、孔徑分布較寬等優點，仿生天然細胞外基質的尺寸和結構，有利于細胞的粘附和生長。

技術實現要素：

本發明針對現有小口徑血管支架的不足，采用靜電紡絲法，成功的制備了三層復合結構且無細胞毒性的小口徑血管支架，有望應用于臨床診斷中。

本發明所提供的三層復合小口徑血管支架是由微納米纖維所構成的，纖維直徑為200nm～2μm。纖維的直徑可通過調節紡絲液濃度、紡絲電壓以及紡絲距離等來控制。

本發明采用靜電紡絲法制備三層復合小口徑血管支架，具體步驟包括：

第一步，靜電紡絲溶液的配置：

將水溶性聚合物A在室溫下溶于溶劑A中，充分攪拌至完全溶解，即得到聚合物A的電紡液，溶液質量百分比濃度為8％～10％。將聚合物B在室溫條件下溶于溶劑B中，充分攪拌至完全溶解，即得到聚合物B的電紡液，溶液質量百分比濃度為10％～13％。

第二步，水溶性模板纖維膜的制備：

將第一步得到的聚合物A的電紡液裝入容量為2mL的注射器中，注射器前端連接內徑為0.6～1.2mm的不銹鋼針頭。注射器針頭與高壓直流電源的正極相連，不銹鋼針管作為收集極，與高壓電源負極相連；所述不銹鋼針管與旋轉電機A的轉軸之間形成“┤”字形連接。靜電紡絲電壓為8～20kV，不銹鋼針頭與不銹鋼針管間的距離為10～25cm，靜電紡絲得到聚合物A的基底纖維膜，即水溶性模板纖維膜。所述旋轉電機A的轉速為500～1000r/min。

第三步，三層結構血管支架中平行于軸向取向的內層纖維膜的制備：

以第二步制備的聚合物A的基底纖維膜為接收基底，將聚合物B的電紡液裝入容量為2mL的注射器中，注射器前端連接內徑為0.6～1.2mm的不銹鋼針頭。注射器針頭與高壓直流電源的正極相連，不銹鋼針管作為收集極，與高壓電源負極相連；所述不銹鋼針管與旋轉電機A的轉軸之間形成“┤”字形連接。靜電紡絲電壓為8～20kV，不銹鋼針頭與不銹鋼針管間的距離調為10～25cm，旋轉電機A轉速500～1000r/min，靜電紡絲得到聚合物B的平行于不銹鋼針管軸向取向的內層纖維膜。

第四步，三層結構血管支架中垂直于軸向取向的中層纖維膜的制備：

以第三步制備的平行軸向取向的內層纖維膜為接收基底，將聚合物B的電紡液裝入容量為2mL的注射器中，注射器前端連接內徑為0.6～1.2mm的不銹鋼針頭。注射器針頭與高壓直流電源的正極相連，不銹鋼針管作為收集極，與高壓電源負極相連；所述不銹鋼針管平行于旋轉電機B的轉軸，形成“一”字形連接。旋轉電機B的轉速為500～1000r/min。靜電紡絲電壓為8～20kV，不銹鋼針頭與不銹鋼針管間的距離調為10～25cm，靜電紡絲得到聚合物B的垂直于不銹鋼針管軸向取向的中層纖維膜。

第五步，三層結構血管支架中無規的外層纖維膜的制備：

以第四步制備的垂直于不銹鋼針管軸向取向的中層纖維膜為接收基底，將聚合物B的電紡液裝入容量為2mL的注射器中，注射器前端連接內徑為0.6～1.2mm的不銹鋼針頭。注射器針頭與高壓直流電源的正極相連，不銹鋼針管作為收集極，與高壓電源負極相連；所述不銹鋼針管平行于旋轉電機B的轉軸，形成“一”字形連接。旋轉電機B轉速100r/min。靜電紡絲電壓為8～20kV，不銹鋼針頭與接收基底(不銹鋼針管)間的距離調為10～25cm，即可得到聚合物B的無規的外層纖維膜。

第六步，聚合物A的基底纖維膜的去除：

將第五步中制備結束得到的以聚合物A的水溶性模板纖維膜為基底，聚合物B的三層纖維膜為外層的復合纖維膜放入水中浸泡一段時間，水溶性模板纖維膜溶解，實現脫管，脫管后50℃烘干，得到的纖維管即為目標人造血管支架。

所述的聚合物A為聚乙烯吡咯烷酮、聚環氧乙烷、右旋糖酐、淀粉等水溶性高分子中的一種。所述的聚合物B為聚氨酯、聚乳酸、聚己內酯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物、聚乙醇酸、聚癸二酸丙三醇酯等高分子中的一種、兩種或三種。

所述的溶劑A為水或乙醇。所述的溶劑B為丙酮、N-N，二甲基甲酰胺、四氫呋喃、三氯甲烷、甲醇中的一種或兩種，當溶劑B為兩種溶劑的混合溶劑時，兩種溶劑的質量比為(4～1):(1～6)。

本發明所制備的人工血管支架內徑為2～6mm，長度為3～6cm，人工血管支架中纖維直徑為200nm～2μm。

本發明的優點或有益效果在于：

(1)與現有的技術效果相比，本發明設備簡單、操作方便、成本低廉，能夠實現大規模的生產，在生物醫學領域中具有廣泛的應用前景。

(2)采用該方法制備的血管支架，孔隙率較大且可控，有利于細胞粘附以及營養物質和新陳代謝廢物的擴散。采用材料復合的方法，利于提高人造血管支架的力學性能。

(3)本發明所制備的人工血管支架具有一定的細胞相容性且具有較高的強度、彈性、孔隙率等，可以大規模生產，有望用于實際的臨床診斷中。

附圖說明

圖1本發明所述旋轉電機A和旋轉電機B接收纖維的裝置示意圖。

圖2本發明所述血管支架橫截面示意圖。

圖3本發明所述的內層取向纖維表面放大10000倍的SEM圖。

圖4本發明所述的中層取向纖維表面放大10000倍的SEM圖。

圖5本發明所述的外層無規纖維表面放大10000倍的SEM圖。

圖中：

1.電機A；2.電機B；3.內層纖維膜；4.中層纖維膜；5.外層纖維膜。

具體實施方式

下面將結合實施例和附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

為了實現本發明的一種三層復合小口徑血管支架的制備方法，首先提供兩個旋轉電機，分別為旋轉電機A1和旋轉電機B2，如圖1所示，旋轉電機A1的轉軸與不銹鋼針管成90°，并將不銹鋼針管與電機轉軸相連，轉軸與不銹鋼針管形成“┤”字形連接，旋轉電機A1旋轉可以得到平行于不銹鋼針管軸向取向的纖維膜。旋轉電機B2的轉軸與不銹鋼針管成180°，并將不銹鋼針管與旋轉電機B2的轉軸相連，轉軸與不銹鋼針管形成“一”字形連接，旋轉電機B的旋轉可以得到垂直于不銹鋼針管軸向取向的纖維膜。

實施例1

將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于乙醇中配成質量分數為10％的溶液，作為聚合物A的電紡液，將聚氨酯(PU)、聚乳酸(PLA)二者的混合物溶于混合溶劑(混合溶劑中丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的質量比為1:1)，配置成10％的溶液，作為聚合物B的電紡液。

首先，將聚合物A的電紡液置于配有直徑1.2mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加8kV的電壓在工作距離為15cm時進行靜電紡絲，采用不銹鋼管收集纖維。所述不銹鋼管與旋轉電機A的轉軸之間“┤”字形連接，旋轉電機A轉速500r/min。得到聚合物A的基底纖維膜。

隨之，將聚合物B的電紡液置于配有直徑1.2mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加8kV的電壓在工作距離為15cm時進行靜電紡絲，采用旋轉電機A(轉速500r/min)收集纖維，得到聚合物B的平行于軸向取向的內層纖維膜，纖維膜的表面形貌如圖3所示，具有良好的取向性。

繼而，將旋轉電機A上的不銹鋼針管取下，將其連接到另一旋轉電機B的轉軸上，旋轉電機B2的轉軸與不銹鋼針管形成“一”字形連接。并在此基礎上，繼續將聚合物B的電紡液在相同靜電紡絲條件下，不銹鋼針管收集纖維，旋轉電機B的轉速為600r/min，靜電紡絲得到聚合物B的垂直于軸向取向的中層纖維膜，纖維膜的表面形貌如圖4所示，取向性較好。

然后，繼續將聚合物B的電紡液在相同的靜電紡絲條件下，旋轉電機B轉速100r/min，與旋轉電機B的轉軸成“一”字形的不銹鋼針管收集纖維，得到表面形貌如圖5所示的聚合物B的無規取向的外層纖維膜。

最后，將復合纖維管放入水中浸泡10小時，50℃烘干，即得到三層復合小口徑血管支架。所述的三層復合小口徑血管支架中，長度為5cm，內徑為6mm，纖維直徑為200nm～900nm，具有三層纖維膜結構。如圖2所示，上述方法制備得到的血管支架包括三層結構，分別為內層纖維膜3、中層纖維膜4和外層纖維膜5，其中，內層纖維膜3平行于軸向取向，中層纖維膜4垂直于軸向取向，外層纖維膜5無規取向。各層纖維膜中的膜厚度和纖維直徑可通過調節紡絲液濃度、紡絲電壓以及紡絲距離等來控制。

實施例2

將聚環氧乙烷(PEO)溶于去離子水中配成質量分數為8％的溶液，作為聚合物A的電紡液，將聚氨酯(PU)溶于混合溶劑(丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的質量比為1:1)，配置成12％的溶液，作為聚合物B的電紡液。

首先，將聚合物A的電紡液置于配有直徑0.8mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加12kV的電壓在工作距離為18cm時進行靜電紡絲，旋轉電機A(800r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物A的基底纖維膜。

隨之，將聚合物B的電紡液置于配有直徑1.0mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加12kV的電壓在工作距離為18cm時進行靜電紡絲，采用旋轉電機A(800r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的平行于軸向取向的內層纖維膜。

繼而，將旋轉電機A上的不銹鋼針管取下，將其連接到旋轉電機B，與旋轉電機B的轉軸形成“一”字形。并在此基礎上，繼續將聚合物B的電紡液在相同的靜電紡絲條件下，采用旋轉電機B(900r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，在內層纖維膜上制備得到聚合物B的垂直于軸向取向的中層纖維膜。

然后，繼續將聚合物B的電紡液在相同的靜電紡絲條件下，采用旋轉電機B(100r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的無規取向的外層纖維膜。

最后，將復合纖維管放入水中浸泡10小時，50℃烘干，即得到三層復合小口徑血管支架。

所述的三層復合小口徑血管支架中，長度為2cm，內徑為4mm，纖維直徑為320nm～950nm，具有三層纖維膜結構。

實施例3

將右旋糖酐溶于去離子水中配成質量分數為10％的溶液，作為聚合物A的電紡液，將聚氨酯(PU)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)二者的混合物溶于混合溶劑(四氫呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的質量比為1:1)，配置成10％的溶液，作為聚合物B的電紡液。

首先，將聚合物A的電紡液置于配有直徑0.6mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加10kV的電壓在工作距離為12cm時進行靜電紡絲，采用旋轉電機A(1000r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物A的基底纖維膜。

隨之，將聚合物B的電紡液置于配有直徑0.6mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加10kV的電壓在工作距離為12cm時進行靜電紡絲，采用旋轉電機A(1000r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的平行于軸向取向的內層纖維膜。

繼而，將旋轉電機A上的不銹鋼針管取下，將其連接到旋轉電機B，與旋轉電機B的轉軸形成“一”字形連接。并在此基礎上，繼續將聚合物B的電紡液在相同靜電紡絲條件下，采用旋轉電機B(750r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的垂直于軸向取向的中層纖維膜。

然后，繼續將聚合物B的電紡液在相同靜電紡絲條件下，采用旋轉電機B(100r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的無規取向的外層纖維膜。

最后，將復合纖維管放入水中浸泡10小時，50℃烘干，即得到三層復合小口徑血管支架。

所述的三層復合小口徑血管支架中，長度為4cm，內徑為6mm，纖維直徑為250nm～1.5μm，具有三層纖維膜結構。

實施例4

將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于去離子水中配成質量分數為10％的溶液，作為聚合物A的電紡液，將聚己內酯(PCL)溶于混合溶劑(三氯甲烷和甲醇的質量比為4:1)，配置成10％的溶液，作為聚合物B的電紡液。

首先，將聚合物A的電紡液置于配有直徑0.6mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加18kV的電壓在工作距離為20cm時進行靜電紡絲，采用旋轉電機A(900r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物A的基底纖維膜。

隨之，將聚合物B的電紡液置于配有直徑0.6mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加18kV的電壓在工作距離為20cm時進行靜電紡絲，采用旋轉電機A(900r/min)上連接的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的平行于軸向取向的內層纖維膜。

繼而，將旋轉電機A上的不銹鋼針管取下，將其連接到旋轉電機B上，與旋轉電機B的轉軸形成“一”字形連接。并在此基礎上，繼續將聚合物B的電紡液在相同靜電紡絲條件下，采用旋轉電機B(800r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的垂直于軸向取向的中層纖維膜。

然后，繼續將聚合物B的電紡液在相同靜電紡絲條件下，采用旋轉電機B(100r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的無規取向的外層纖維膜。

最后，將復合纖維管放入水中浸泡10小時，50℃烘干，即得到三層復合小口徑血管支架。

所述的三層復合小口徑血管支架中，長度為6cm，內徑為2mm，纖維直徑為200nm～850nm，具有三層纖維膜結構。

實施例5

將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于去離子水中配成質量分數為9％的溶液，作為聚合物A的電紡液，將聚氨酯(PU)、聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)三者的混合物溶于混合溶劑(四氫呋喃和N，N-二甲基甲酰胺的質量比為1:1)，配置成13％的溶液，作為聚合物B的電紡液。

首先，將聚合物A的電紡液置于配有直徑0.8mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加8kV的電壓在工作距離為25cm時進行靜電紡絲，采用旋轉電機A(850r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物A的基底纖維膜。

隨之，將聚合物B的電紡液置于配有直徑0.8mm不銹鋼針頭的2mL的注射器中，施加20kV的電壓在工作距離為25cm時進行靜電紡絲，采用旋轉電機A(850r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的平行于軸向取向的內層纖維膜。

繼而，將旋轉電機A上的不銹鋼針管取下，將其連接到旋轉電機B的轉軸上，與旋轉電機B的轉軸形成“一”字形連接。并在此基礎上，繼續將聚合物B的電紡液在相同的靜電紡絲條件下，采用旋轉電機B(700r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的垂直于軸向取向的中層纖維膜。

然后，繼續將聚合物B的電紡液在相同的靜電紡絲條件下，采用旋轉電機B(100r/min)上的不銹鋼針管收集纖維，得到聚合物B的無規取向的外層纖維膜。

最后，將復合纖維管放入水中浸泡10小時，50℃烘干，即得到三層復合小口徑血管支架。

所述的三層復合小口徑血管支架中，長度為3cm，內徑為4mm，纖維直徑為250nm～2μm，具有三層纖維膜結構。