一种三层静电纺丝有序纤维神经导管及其制备和应用 技术领域 本发明属神经导管及其制备和应用领域， 特别是涉及一种三层静电纺丝有序纤维 神经导管及其制备和应用。
背景技术 自 1873 年 Hueter 首次提出外膜综合修复周围神经损伤以来， 人类为周围神经的 修复进行了不断的努力， 修复方法也得到持续的改进， 主要方法有 ：
(1) 直接端端缝合法将两断端神经的外膜直接缝合， 利用神经的再生作用完成修 复， 这种方法适用于近距离断端神经的修复。当神经断端距离较长时该方法无法实施。
(2) 自体神经移植这是目前临床上最常用的方法， 被认为是较长距离神经修复的 “金标准” 。然而自体神经移植存在来源有限、 增加患者创伤等问题。
自体神经移植的缺陷以及利用异体神经移植带来的免疫排斥问题都迫使人们研 究新的周围神经修复的方法。神经导管的使用为周围神经的修复提供了一种新的思路。神 经导管为神经的生长提供了导向性通道和一个微环境， 周围神经的再生依赖于一个理想的 微环境， 目前周围神经导管微环境的一个研究热点是使神经导管中具有纵向排列的结构以 引导轴突生长， 避免再生神经纤维打折而形成神经瘤。为此国内外研究人员进行了艰辛的 探索， 也发明了多种神经导管。
Mueller 等人 【Mueller et al.， Bioresorbable nerve guide rail， U.S.Pat. No.20060018947A1】发 明 了 一 种 聚 羟 基 酸 可 吸 收 多 微 孔 的 神 经 导 管， 他们将聚羟基 酸纤维束平行放入导管内， 使施旺细胞沿着导管内表面轴向迁移， 其纤维单丝直径为 30 ～ 200 微 米。Lee 等 人 【Lee， method for fabrication bio-degradable polymer nerve conduit with biodegradable plastic/nano microfibrous scaffold， KR.Pat. No.2007013188020071217】 设计了一种生物可降解塑料 / 纳米纤维复合材料的具有形状 记忆的神经导管， 这种导管具有一定的弹性， 在神经完成修复之前能保持一定的形状， 其中 内层的生物可降解塑料具有引导神经轴突的作用。其制备方法是将生物可降解材料套入 管状的静电纺丝接收装置中， 再进行静电纺丝。Nichols【Nichols， Nerve regeneration conduit， U.S.Pat.No.5019087】 也发明了类似的神经导管， 管壁由 I 型胶原和层粘连蛋白 组成， 据称蛋白的加入能加速神经的生长。
国内张菁等人 【张菁等， 等离子体表面修饰固定化神经再生促进剂的神经导管或 膜及其制备方法 ： 03115939.7[P].2003-03-21】 发明了一种等离子体表面修饰固定化神经 再生促进剂的神经导管或膜， 其特点主要在导管或膜表面有一层通过等离子体表面聚合修 饰形成的含有作为后一步固定化反应的活性基团的聚合物涂层， 再通过共价键将神经再生 促进剂化学键合固定在导管或膜的表面， 在导管内中间还插入有与管轴平行的纤维、 无纺 布或海绵状材料等物。据称神经再生促进剂可集中在导管内部、 管壁表面发挥作用， 诱导 神经细胞贴壁生长， 不会随体液的流出流入而扩散到机体的其他部位。敖强等 【敖强等， 一 种神经组织工程管状支架及其制备方法 ： 200410009259.9[P].2005-03-16】 发明了一种具
有轴向多通道的生物来源填充基质的神经导管， 其制备方法是通过冷冻干燥法制备壳聚糖 圆管、 利用专用模具将所制备的壳聚糖管置于模具的两个带有钢针固定孔的钢针固定片之 间， 将浓度为 2 ～ 4％ (w/v) 壳聚糖乙酸溶液、 浓度为 1 ～ 3％ (w/v) 胶原盐酸溶液、 浓度为 10 ～ 20％ (w/v) 的明胶水溶液或它们的混合液注入壳聚糖管中， 最后冷冻干燥再取出不锈 钢针即得具有轴向排列多通道的神经组织工程支架。陈南梁等 【陈南梁等， 一种双层编织 神经导管及其制备方法 ： 200810200386.5[P].2009-02-18】 发明的双层编织神经导管由聚 乙交酯 - 丙交酯编织成的外层管壁和聚乙交酯 - 丙交酯粘合平行纱构成的内层管壁组成， 平行纱用 3 ～ 4％ (w/v) 壳聚糖浆液涂层进行粘合， 其纱线沿着导管纵向排列， 但他们没有 公布纱线的纤度。莫秀梅等 【莫秀梅等， 一种螺旋形易弯曲抗压力的神经导管的制备方法 ： 200910047905.3[P].2009-08-19】 公开了一种螺旋形易弯曲抗压力的神经导管。制备过程 如下 ： (1) 将微米纤维束缠绕在不锈钢管上， 间距为 0.2 ～ 0.8cm ； (2) 将聚合物溶解在有 机溶剂中， 配制成均一的， 浓度为 0.03g/ml ～ 0.12g/ml 的纺丝溶液 ； (3) 将纺丝溶液进行 静电纺丝。这种方法在静电纺丝技术与神经再生领域找到了结合点， 所制得的神经导管易 弯曲且抗压力。杨宇明等 【杨宇明等， 带导向生长轨道的人工神经移植物 ： 200810244436. X[P].2009-05-20】 发明的带导向生长轨道的人工神经移植物管腔内纵向分布多条诱导神 经再生的内突式轨道， 内突式轨道上具有纵向的凹槽或凸起。 发明内容 本发明所要解决的技术问题是提供一种三层静电纺丝有序纤维神经导管及其制 备和应用， 该导管具有神经导管和组织工程支架双重作用， 利于细胞的附着以及神经沿平 行纤维方向的生长延伸 ； 制备方法简单， 无环境污染， 适合于工业化生产。
本发明的一种三层静电纺丝有序纤维神经导管， 包括 ： 内、 中、 外三层 ； 所述内层 为微米级纤维膜， 中层为高分子可降解网状导管， 外层为三维网络状结构的亚微米级纤维 膜； 所述内、 中两层通过嵌套的方式组合， 外层通过静电纺丝直接包覆中层。
所述的神经导管长度为 10 ～ 100mm， 内径为 1.0 ～ 5mm， 壁厚为 0.5 ～ 1.5mm。
本发明的一种三层静电纺丝有序纤维神经导管的制备方法， 包括 ：
(1) 将聚羟基丁酸戊酸共聚酯 (PHBV) 溶解于体积比为 2 ∶ 1 ～ 10 ∶ 1 的三氯甲 烷 / 丙酮溶液中， 搅拌均匀， 得到 PHBV 质量百分比为 5 ～ 15％的 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮混 合溶液 ；
(2) 将上述 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮混合溶液进行静电纺丝， 溶液推进速度为 0.5 ～ 3mL/h， 施加电压值为 7 ～ 20kv， 接收距离为 10 ～ 25cm， 利用高速卷绕筒接收， 得到取向良 好的纤维膜 ；
(3) 静电纺丝结束后， 从卷绕筒上取下一块有序纤维薄膜， 在芯棒上卷绕成纤维沿 轴向排列的内管 ；
(4) 将高分子可降解纤维编织成 0.2 ～ 5mm 的网状导管， 套在上述内管上， 拉伸固 定；
(5) 将上述套有内管和网状导管的芯棒固定在高速卷绕收集装置上， 进行上述 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮混合溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 0.5 ～ 3mL/h， 施加电压值为 7 ～ 20kv， 接收距离为 10 ～ 25cm ；
(6) 静电纺结束后， 取下神经导管， 消毒， 即得。
所述步骤 (2) 中的静电纺丝接收装置为高速卷绕筒， 卷绕筒的外径为 4.5cm， 旋转 速度为 200 ～ 12000rpm。
所述步骤 (2) 中的纤维膜纤维沿轴向排列。
所述步骤 (3) 中的芯棒的直径为 0.1 ～ 6mm。
所述步骤 (4) 高分子可降解纤维为单丝或复丝 ： 聚乙醇酸 (PGA) 纤维、 聚己内酯 (PCL) 纤维、 聚乙交酯丙交酯 (PGLA) 纤维或聚丁二酸丁二醇酯 (PBS) 单丝。
所述步骤 (5) 中的高速卷绕收集装置的旋转速度为 200 ～ 12000rpm。
所述步骤 (5) 得到的神经导管外层管壁为高比表面积、 高孔隙率、 三维网络状结 构。
通过调整内层静电纺丝工艺参数可以控制纤维的取向度、 纤维直径等参数 ； 通过 调节外层静电纺丝工艺参数可以控制神经导管的壁厚、 密度、 孔隙率、 孔洞尺寸等结构参 数。
本发明的一种三层静电纺丝有序纤维神经导管应用于周围神经系统的修复或组 织工程体外神经细胞培养。
天然细胞外基质中的胶原蛋白纤维直径在 200 ～ 500nm 之间， 静电纺丝制备的纤 维直径接近或小于细胞外基质胶原蛋白的直径， 这种纳米或亚微米级的纤维有利于细胞的 攀附， 能够促进细胞的增值， 沿神经导管轴向排列的纤维有利于神经细胞的迁移， 所以通过 静电纺丝制备高度取向的纤维能够为神经再生提供一个可行的方案。
有益效果
(1) 本发明的神经导管内管壁光滑且纤维有取向， 利于细胞的附着以及神经沿平 行纤维方向的生长延伸 ； 由于中层支架的存在， 具备适当的力学性能 ； 外层的静电纺纤维 具有一定的孔隙率， 利于管内外的物质交换 ； 该导管力学性能好、 管壁在导向、 输送养分作 用的同时能促进神经细胞的生长和迁移 ；
(2) 本发明的导管还可用于体外组织工程细胞培养， 培植出神经状植入体内 ；
(3) 本发明的制备方法操作简单， 成本低， 对环境友好， 经济效益高， 适合于工业化 生产。 附图说明
图1： 神经导管外观 ； 图2： 神经导管内管照片 图3： 神经导管内层高度取向纤维的扫描电镜图片 ； 图4： 神经导管中层编织导管照片。具体实施方式
下面结合具体实施例， 进一步阐述本发明。 应理解， 这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。 此外应理解， 在阅读了本发明讲授的内容之后， 本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改， 这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。实施例 1
(1) 将 PHBV 溶解于体积比＝ 4 ∶ 1 三氯甲烷 / 丙酮溶液中， 搅拌均匀， 得到 PHBV 质量百分比为 7％的 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮溶液 ；
(2) 进行 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 1.5mL/h， 施加 电压值为 7kv， 接收距离为 15cm， 利用高速卷绕筒接收， 得到取向良好的纤维膜 ；
(3) 静电纺结束后， 从卷绕筒上取下一块有序纤维薄膜， 在一根芯棒上卷绕成一只 纤维沿轴向排列的内管， 芯棒直径约 2mm ；
(4) 将聚乙醇酸 (PGA) 纤维编织成 3mm 的网状圆管， 套在内管上， 稍稍拉伸固定 ；
(5) 将套有内管和中间管的芯棒固定在高速卷绕收集装置上， 进行 PHBV/ 三氯甲 烷 / 丙酮溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 1.5mL/h， 施加电压值为 7kv， 接收距离为 15cm ；
(6) 静电纺结束后， 取下神经导管， 消毒包装。
实施例 2
(1) 将 PHBV 溶解于体积比＝ 7 ∶ 1 三氯甲烷 / 丙酮溶液中， 搅拌均匀， 得到 PHBV 质量百分比为 6％的 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮溶液 ；
(2) 进行 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 1mL/h， 施加电 压值为 10kv， 接收距离为 13cm， 利用高速卷绕筒接收， 得到取向良好的纤维膜 ； (3) 静电纺结束后， 从卷绕筒上取下一块有序纤维薄膜， 在一根芯棒上卷绕成一只 纤维沿轴向排列的内管， 芯棒直径约 1mm ；
(4) 将聚己内酯 (PCL) 纤维编织成 2mm 的网状圆管， 套在内管上， 稍稍拉伸固定 ；
(5) 将套有内管和中间管的芯棒固定在高速卷绕收集装置上， 进行 PHBV/ 三氯 甲烷 / 丙酮溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 1.2mL/h， 施加电压值为 10kv， 接收距离为 14cm ；
(6) 静电纺结束后， 取下神经导管， 消毒包装。
实施例 3
(1) 将 PHBV 溶解于体积比＝ 5 ∶ 1 三氯甲烷 / 丙酮溶液中， 搅拌均匀， 得到 PHBV 质量百分比为 5％的 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮溶液 ；
(2) 进行 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 0.5mL/h， 施加 电压值为 15kv， 接收距离为 17cm， 利用高速卷绕筒接收， 得到取向良好的纤维膜 ；
(3) 静电纺结束后， 从卷绕筒上取下一块有序纤维薄膜， 在一根芯棒上卷绕成一只 纤维沿轴向排列的内管， 芯棒直径约 2.5mm ；
(4) 将聚乙交酯丙交酯 (PGLA) 纤维编织成 3mm 的网状圆管， 套在内管上， 稍稍拉伸 固定 ；
(5) 将套有内管和中间管的芯棒固定在高速卷绕收集装置上， 进行 PHBV/ 三氯甲 烷 / 丙酮溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 1mL/h， 施加电压值为 17kv， 接收距离为 17cm ；
(6) 静电纺结束后， 取下神经导管， 消毒包装。
实施例 4
(1) 将 PHBV 溶解于体积比＝ 6 ∶ 1 三氯甲烷 / 丙酮溶液中， 搅拌均匀， 得到 PHBV 质量百分比为 8％的 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮溶液 ；
(2) 进行 PHBV/ 三氯甲烷 / 丙酮溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 2mL/h， 施加电
压值为 20kv， 接收距离为 20cm， 利用高速卷绕筒接收， 得到取向良好的纤维膜 ；
(3) 静电纺结束后， 从卷绕筒上取下一块有序纤维薄膜， 在一根芯棒上卷绕成一只 纤维沿轴向排列的内管， 芯棒直径约 1.5mm ；
(4) 将聚丁二酸丁二醇酯 (PBS) 单丝编织成 2mm 的网状圆管， 套在内管上， 稍稍拉 伸固定 ；
(5) 将套有内管和中间管的芯棒固定在高速卷绕收集装置上， 进行 PHBV/ 三氯甲 烷 / 丙酮溶液的静电纺丝， 溶液推进速度为 2mL/h， 施加电压值为 20kv， 接收距离为 20cm ；
(6) 静电纺结束后， 取下神经导管， 消毒包装。