用于植入的生物相容的纤维织物.pdf

公开一种生物相容的织物以及用于所述织物的使用和制造的方法。所述织物可以由电纺纤维在卷筒上形成的绕组制造，其中所述绕组在相邻的绕组之间形成具有一目数的开口。所述织物还可以通过当形成所述绕组时并入在所述织物中的可溶于溶剂的颗粒的添加来制造。这样的颗粒可以通过使所述织物暴露于溶剂由此溶解所述颗粒而被移除。还公开的是由这样的材料构成的用于动物器官的替代物，所述材料包括具有一目数的至少一层的电纺纤维织物。这样的用于动物器官的替换物可以包括用表面处理过程处理的生物相容的织物。

1.  一种生物相容的织物，所述生物相容的织物包括：
至少一种电纺纤维，所述至少一种电纺纤维包括至少一种聚合物，所述至少一种电纺纤维被设置在卷筒上，其中：
所述电纺纤维在所述卷筒上形成多个绕组，
所述多个绕组中的每个绕组与相邻的绕组形成开口，由此在多个相邻的绕组之间形成多个开口，并且
所述多个开口构成一目数。

2.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述织物是生物稳定的。

3.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述织物是生物可吸收的或者生物可降解的。

4.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述至少一种聚合物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯或其任意组合。

5.  如权利要求4所述的生物相容的织物，其中所述至少一种聚合物包括约10％至75％的重量百分数比的聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氨酯的组合。

6.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述电纺纤维选自电纺聚对苯二甲酸乙二醇酯、电纺聚酯、电纺聚甲基丙烯酸甲酯、电纺聚丙烯腈、电纺硅酮、电纺聚氨酯、电纺聚碳酸酯、电纺聚醚酮酮、电纺聚醚醚酮、电纺聚醚酰亚胺、电纺聚酰胺、电纺聚苯乙烯、电纺聚醚砜、电纺聚砜、电纺聚己内酯(PCL)、电纺聚乳酸(PLA)、电纺聚乙醇酸(PGA)、电纺聚癸二酸甘油酯、电纺聚二醇柠檬酸酯、电纺聚羟基丁酸酯、电纺聚醚酰胺、电纺聚二氧六环酮、电纺壳聚糖，及其组合或衍生物中的一种或更多种。

7.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述至少一种电纺纤维包括多种电纺纤维。

8.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述至少一种电纺纤维包括至少一种经表面处理的电纺纤维。

9.  如权利要求8所述的生物相容的织物，其中所述至少一种经表面处理的电纺纤维包括至少一种电纺纤维，所述至少一种电纺纤维包括与所述电纺纤维的所述表面的至少一部分物理连通的多个颗粒。

10.  如权利要求9所述的生物相容的织物，其中所述多个颗粒具有约5μm至约300μm 的平均颗粒尺寸。

11.  如权利要求9所述的生物相容的织物，其中所述多个颗粒是水溶性的。

12.  如权利要求9所述的生物相容的织物，其中所述多个颗粒包括盐、糖、水凝胶材料或其任意组合。

13.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述多个绕组形成多个圆周层。

14.  如权利要求13所述的生物相容的织物，其中所述多个圆周层中的至少两个具有由定位焊限定的至少一个相互附接点。

15.  如权利要求13所述的生物相容的织物，其中所述多个圆周层中的至少一个包括所述至少一种电纺纤维的经熔结的绕组。

16.  如权利要求13所述的生物相容的织物，其中所述多个圆周层中的至少一个与多个水溶性颗粒物理接触。

17.  如权利要求13所述的生物相容的织物，其中所述多个圆周层中的至少一个具有由在所述至少一个电纺纤维的相邻的绕组之间的约2微米至约50微米的间距确定的目数。

18.  如权利要求13所述的生物相容的织物，还包括与所述多个圆周层中的至少一个机械连通的至少一个弯曲的聚合物支撑物。

19.  如权利要求18所述的生物相容的织物，其中所述至少一个弯曲的聚合物支撑物是U形支撑物。

20.  如权利要求18所述的生物相容的织物，其中所述至少一个弯曲的聚合物支撑物包括聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、硅酮、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚癸二酸甘油酯、聚二醇柠檬酸酯、聚羟基丁酸酯、聚醚酰胺、聚二氧六环酮、壳聚糖，及其组合或衍生物中的一种或更多种。

21.  如权利要求18所述的生物相容的织物，其中所述至少一个弯曲的聚合物支撑物具有约1mm至约5mm的宽度。

22.  如权利要求18所述的生物相容的织物，其中所述至少一个弯曲的聚合物支撑物具有约0.2mm至约3mm的厚度。

23.  如权利要求18所述的生物相容的织物，其中所述至少一个弯曲的聚合物支撑物与所述多个圆周层中的至少一个的最外圆周层或最内圆周层机械连通。

24.  如权利要求18所述的生物相容的织物，其中所述至少一个弯曲的聚合物支撑物被设置在所述多个圆周层中的第一圆周层和所述多个圆周层中的第二圆周层之间。

25.  如权利要求18所述的生物相容的织物，还包括与所述至少一个弯曲的聚合物支撑物机械连通并且与所述多个圆周层中的至少一个机械连通的至少一个熔融接头。

26.  如权利要求18所述的生物相容的织物，还包括与所述至少一个弯曲的聚合物支撑物机械连通并且与所述多个圆周层中的至少一个机械连通的至少一个胶合接头。

27.  如权利要求26所述的生物相容的织物，其中所述至少一个胶合接头是硅粘合剂接头和增溶的聚氨酯接头中的一种或更多种。

28.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述生物相容的织物中的至少一个表面包括用表面处理法处理的所述至少一种电纺纤维的绕组。

29.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述生物相容的织物中的至少一个表面包括暴露于一股加压空气、一股加压电离空气、伽马辐射和溶剂的所述至少一种电纺纤维的绕组。

30.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述生物相容的织物中的至少一个表面包括暴露于水和醇中的一种或更多种的所述至少一种电纺纤维的绕组。

31.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述生物相容的织物包括在水、醇或其组合中进行声处理的所述至少一种电纺纤维的绕组。

32.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述生物相容的织物中的至少一个表面包括暴露于气体等离子体放电的所述至少一种电纺纤维的绕组。

33.  如权利要求32所述的生物相容的织物，其中所述气体是空气和四氟化碳中的一种或更多种。

34.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述卷筒具有圆柱形形状。

35.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述卷筒具有生物器官形状。

36.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述卷筒具有由计算机模型确定的形 状。

37.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述卷筒是基于患者的生物器官的。

38.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述卷筒是可拆卸的卷筒。

39.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述卷筒具有非粘性表面，所述非粘性表面包括聚四氟乙烯、不锈钢、铝或其组合。

40.  如权利要求1所述的生物相容的织物，其中所述织物不选自由以下组成的组：模制纳米复合材料、模制聚乳酸(PLA)、模制聚乙醇酸(PGA)、模制聚己内酯(PCL)、聚己内酯/聚碳酸酯(80:20％)多面体低聚倍半硅氧烷；多面体低聚倍半硅氧烷纳米笼；模制蛋白质材料、模制胶原蛋白；模制纤维蛋白、模制多糖模制壳聚糖、模制葡糖氨基葡聚糖(GAGs)；模制透明质酸、一套POSS-PCU纳米复合材料，其中多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是共价结合到聚(碳酸酯-脲)氨酯(PCU)的，以形成纳米复合材料“POSS-PCU”聚合物；POSS-PCU流体；凝结的POSS-PCU流体；包括盐晶体的POSS-PCU聚合物流体；凝结的POSS-PCU聚合物，其中所述盐晶体在凝结之后溶解以形成孔；凝结的POSS-PCU聚合物，其中所述盐晶体是钠盐、锂盐、钾盐、碳酸盐或碳酸氢盐、碳酸钙、碳酸钴(II)、碳酸铜(II)、碳酸镧、碳酸铅、碳酸锂、碳酸镁、碳酸锰(II)、碳酸镍(II)、碳酸钾或碳酸钠；POSS-PCU聚合物，其中平均孔直径可以是约20-100微米；模制聚合物，其中所述平均孔直径是约20-100微米、从约1nm至约500微米，约10nm至约1微米、约1至约10微米、约10至约100微米、约10至约50微米，约50至约100微米，约100至约200微米，约200至约500微米，和约50-100微米的平均直径；以及包含50％的碳酸氢钠的聚合物流体，所述碳酸氢钠具有约40微米的平均晶体尺寸。

41.  一种生物相容的织物，所述生物相容的织物包括：
至少一种电纺纤维，所述至少一种电纺纤维包括至少一种聚合物，所述至少一种电纺纤维沿卷筒的线性轴被纵向设置，由此形成多个织物线，其中：
所述至少一种电纺纤维在相邻的线性设置的织物线之间形成、具有一目数开口；并且
所述多个开口构成一目数。

42.  一种用于制造生物相容的织物的方法，所述方法包括：
将生物相容的聚合物电纺成电纺纤维；
使所述电纺纤维与在溶剂中具有溶解性的微粒材料接触；
使所述电纺纤维与接收表面接触，由此在所述接收表面上形成聚合物网络，所述聚合物网络包括多个电纺纤维线和在相邻的电纺纤维线之间的多个间隔；
从所述接收表面移除所述聚合物网络，由此形成生物相容的织物；以及
使所述生物相容的织物与所述溶剂接触，由此移除所述微粒材料，
其中所述多个开口构成一目数。

43.  如权利要求42所述的方法，其中所述溶剂是水。

44.  如权利要求42所述的方法，其中所述微粒材料是盐、糖、水凝胶或其任意组合。

45.  一种用于动物组织的替代物，所述替代物包括：
生物相容的织物，所述生物相容的织物包括：
至少一种电纺纤维，所述至少一种电纺纤维包括至少一种聚合物，所述至少一种电纺纤维被设置在卷筒上，其中：
所述电纺纤维在卷筒上形成多个绕组，
所述多个绕组中的每个绕组与相邻的绕组形成开口，由此在多个相邻的绕组之间形成多个开口，并且
所述多个开口构成一目数，
其中：
所述卷筒具有所述动物组织或者所述动物组织的部分的形状，并且
所述生物相容的织物的至少一个表面包括用表面处理过程处理的所述至少一种电纺纤维的绕组。

46.  如权利要求45所述的用于动物组织的替代物，其中所述动物是人。

47.  如权利要求45所述的用于动物组织的替代物，其中所述器官是气管、气管与至少一根支气管的至少一部分、气管与喉的至少一部分、喉、食管、大肠、小肠、上肠、下肠、血管结构及其部分中的一个或更多个。

用于植入的生物相容的纤维织物
要求优先权
本申请要求2013年3月15日递交的题目为“用于植入的生物相容的纤维织物”的美国临时申请No.61/798,265的权益和优先权，所述临时申请的公开内容通过引用其全部被并入本申请。
背景技术
为了修复和替换患者的器官，必须符合两个独立的并且通常互斥的参数。首先，任何植入物必须具有包括一定量的刚性的结构完整性以使其一旦被植入便保持在位置上。其次，植入物必须是生物相容的，从而所述植入物不会被身体排斥(rejected)或者产生损伤性炎症。在某些情况中，与简单的假体截然相反，细胞的附着、渗透和增殖对于植入物起到器官的作用也是需要的。没有现有的植入物已能够体现这样的参数。例如，去细胞器官支架、凝胶、聚合物基体(matrices)已被植入，但是出现了一个或更多个机械上的或生物学上的问题。如此，这些系统都尚不能够与必需的生物相容性一起提供合适的机械性能。
发明内容
在一实施方案中，一种生物相容的织物可以包括由至少一种聚合物构成的至少一种电纺纤维，所述至少一种电纺纤维被设置在卷筒上，其中所述电纺纤维在所述卷筒上形成多个绕组(winding)，所述多个绕组中的每个绕组与相邻的绕组形成开口，由此在多个相邻的绕组之间形成多个开口。所述多个开口可以包括一目数。
在一实施方案中，一种生物相容的织物可以包括由至少一种聚合物构成的至少一种电纺纤维，所述至少一种电纺纤维沿卷筒的线性轴被纵向设置，由此形成多个织物线，其中所述至少一种电纺纤维在相邻的线性设置的织物线之间形成具有一目数开口。多个开口可以构成目数。
在一实施方案中，一种用于制造生物相容的织物的方法可以包括将生物相容的聚合物电纺成电纺纤维，使所述电纺纤维与在溶剂中具有溶解性的微粒材料接触，使所述电纺纤维与接收表面接触，由此在所述接收表面上形成聚合物网络，所述聚合物网络由多个电纺纤维线和在相邻的电纺纤维线之间的多个间隔构成，从所述接收表面移除所述聚合物网络，由此形成生物相容的织物，以及使所述生物相容的织物与所述溶剂接触，由此移除所述微粒材料。多个开口可以构成一目数。
在一实施方案中，一种用于动物器官的替代物可以包括一种生物相容的织物，所述生物相容的织物由包括至少一种聚合物的至少一种电纺纤维构成，所述至少一种电纺纤维被设置在卷筒上，其中所述电纺纤维在卷筒上形成多个绕组，所述多个绕组中的每个绕组与相邻的绕组形成开口，由此在多个相邻的绕组之间形成多个开口，并且所述多个开口构成一目数。此外，所述卷筒可以具有所述动物组织或者所述动物组织的部分的形状，并且所述生物相容的织物的至少一个表面包括用表面处理过程处理的所述至少一种电纺纤维的绕组。
附图简述
图1图示说明根据本公开的用于将聚合物纤维电纺至卷筒上的系统的实施方案。
图2A图示说明根据本公开的用于在卷筒上将电纺纤维形成为绕组的系统的实施方案。
图2B图示说明根据本公开的用于沿卷筒的纵轴将电纺纤维形成为线的系统的实施方案。
图3A和3B分别描述根据本公开，不添加水溶性材料形成的生物相容的织物和添加水溶性材料形成的生物相容的织物。
具体实施方式
在一些实施方案中，本文实施方案中的织物可以具有由一个或更多个生物相容的纤维的多个绕组构成的腔结构。术语“织物”在本文中被定义为纺织的、编织的或者以其他方式制造的包括纤维的材料。在一些实施方案中，纤维可以被卷绕在卷筒上，如同线被卷绕在筒管(bobbin)上。在一些实施方案中，纤维可以沿卷筒或者其他表面形式的线性维度以实质上平行的方式被沉积。在一些实施方案中，卷绕织物可以使用电纺技术。
因此“孔尺寸(poresize)”在本文中被定义为在诸如嵌段聚合物、聚合物片的非网格结构中，或者在所形成的聚合物支架中引入的引入孔、袋、空隙、洞、间隔等的直径，并且具体地区别于如本文中公开的“目数(meshsize)”。
如本文中使用的，术语“目数”是织物中每线性量度的开口数目。例如，如果织物具有每线性毫米1200个开口，所述织物被定义为1200目(例如，足以允许12微米的红血细胞通过)，这容易在英制单位和公制单位之间转换。目数可以基于沿特定的线性维度在相邻的纤维之间具有特定的平均直径和平均开口尺寸的纤维数目来确定。因此，由10μm的平均直径的纤维构成、在相邻的纤维之间具有10μm的平均直径的开口的织物可以沿1mm的长度具有总共约50个开口，并且因此可以被定义为50目的织物。
如本文所使用的，术语“植入物”可以指可以被引入到身体中达永久或者半永久的一段时间的任意结构。植入物可以具有所述植入物可以被用来替代的天然器官或组织的形状 和尺寸。可替换地，植入物可以具有与特定的身体器官或组织无关的形状。在再另一个实施方案中，植入物可以具有完整的身体器官或组织的形状，或者只有所述身体器官或组织的一部分的形状。在再另一个实施例中，植入物可以被成形为如同身体器官或组织的一部分，或者可以仅包括一片材料。植入物可以被设计用于引入到动物(包括人)的身体中。
本文公开的是用于在针对患者的生物相容的植入物中使用包括纺织纤维的织物的组合物和方法。在某些实施方案中，使用聚合物纤维，如聚氨酯和/或聚对苯二甲酸乙二醇酯。在一些实施方案中，聚合物纤维被纺在卷筒上，以便形成织物卷或管。在一些实施方案中，织物卷或管的厚度可以通过当织物卷或管收集纤维时，随着时间改变卷筒的旋转数目来调控。在某些其他的实施方案中，生物相容的织物具有每mm约1个开口至每mm约20个开口的目数。目数的一些非限制性的实施例可以包括每mm约1个开口，每mm约2个开口，每mm约4个开口，每mm约6个开口，每mm约8个开口，每mm约10个开口，每mm约15个开口，每mm约20个开口，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。在一些实施方案中，纺织织物的目数可以是每mm约20个开口至每mm约500个开口。目数的一些非限制性的实施例可以包括每mm约20个开口，每mm约40个开口，每mm约60个开口，每mm约80个开口，每mm约100个开口，每mm约200个开口，每mm约300个开口，每mm约400个开口，每mm约500个开口，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。在其他实施方案中，目数可以是每mm约500个开口至每mm约1000个开口。目数的一些非限制性的实施例可以包括每mm约500个开口，每mm约600个开口，每mm约700个开口，每mm约800个开口，每mm约1000个开口，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。在一些实施方案中，织物的目数可以通过改变纤维被沉积到卷筒上的速度和方向来调控，如，例如，移动线被纺到织物卷或管上的位置和方向。
具有一目数的织物可以不仅提供重量轻和柔性的机械支持，而且在某些实施方案中，还可以允许细胞随着时间迁移到网格中并且通过所述网格，并且可以改善植入物的生物相容性。在再其他的实施方案中，织物可以提供足够的结构刚性，以便以外科手术的方式固定到植入物位点，同时在负载应力(如压缩、剪切和扭转)下保留足够的柔性，以便一旦植入物就位时允许患者身体到处移动。
在再其他的实施方案中，织物可以包括聚合物纤维的附加的表面处理，所述附加的表面处理可以被用来调节和增强对于纤维的细胞附着。在再其他的实施方案中，当被植入患者中时，织物可以不引起无法治疗的炎症或者排斥。同样地，在某些实施方案中，在植入后1天、3天、5天、7天、2周、3周、1个月或更长时间内，织物植入物可以不经受排斥或者威胁生命的炎症。在一些实施方案中，植入物可以被保留在患者中达至少1天、3天、5天、7天、2周、3周、1个月或更长时间。在某些实施方案中，植入物可以被保留在患者中达6个月、1年、多年或者患者终生。在公开的实施方案的一些中，如本文所描述的，在电纺过程期间，当聚合物纤维被沉积在卷筒或者其他表面形式上时，可以通过微粒的添加将间隔引入到织物。
尽管预期到体现与本公开一致的任何方法或组合物，电纺织物可以具有对于植入物有用的特别的优势。例如，当电纺织物是由沉积(deposed)在卷筒上的聚合物网络形成的时，因为在植入物被成形之前聚合物已经以线的形式存在，传统的模制过程可以被绕过。如此，创建生物相容的植入物的基于织物的方法允许四个临界参数的控制，所述四个临界参数不能使用固有组合的聚合作用和模制过程控制。首先，因为作为电纺过程的一部分，聚合物被形成为线，而不存在对于设置、固化或者其他耗时过程的需要。其次，聚合物纤维自身可以被指向任何方向以用于设置网格间隔，而不依靠化学过程。网格的形成排除在不是这种情况的固体形式中产生孔的需要。第三，目数自身可以被调整为更大或更小，以促进细胞的向内生长和增殖。在这样的网格被用来为正在生长和迁移的细胞提供结构支撑的情况中，除了给予本文描述的其他优势，网格还可以起细胞支架的作用。在某些实施方案中，颗粒尺寸可以类似地通过如具有美国筛尺寸、泰勒等效、mm或英寸的网格开口的尺寸来认定。第四，网格可以被确定大小以提供结构完整性，如从变形回弹，和在负载下的柔性，以及其他有优势的机械性能。
纺织织物
本文公开的生物相容的织物可以通过任意方法生产。一个非限制性的方法可以包括断裂纺纱或自由端纺纱，其中裂片被空气吹到旋转的鼓轮上，在所述旋转的鼓轮上所述裂片将自身附接到从鼓轮不断地被拉出的已形成的织物(如线、绳或纱线)的尾部。其他的非限制性的方法可以包括环锭纺纱和走锭纺纱。在某些实施方案中，纺织机器可以接受粗纱，使所述粗纱变细并且加捻，由此创建可以被卷绕到筒管上的纱线。
在走锭纺纱中，粗纱被从筒管脱下并且通过辊供给，所述辊以若干不同的速度供给，以始终如一的速率使粗纱变细。线、绳或纱线在滑架(carriage)移出时通过筒管的旋转(spinning)被加捻，并且在滑架返回时被卷在纬管(cop)上。走锭纺纱比环锭纺纱产生更细的线。走锭过程是间歇的过程，因为纺纱机(frame)前进和返回特定的距离，所述走锭纺纱可以产生对于细料和纬纱理想的更软的、较少加捻的线。环锭过程是连续过程，纱线粗糙的并且具有较大的捻度，由此是更强韧的并且更适合于做经纱(warped)。类似的方法具有各种改善，如翼锭纺纱和筒管纺纱和帽锭纺纱。
电纺织物
电纺是通过在聚合物溶液(或者包含聚合物溶液的聚合物注入系统)和用于电纺聚合物纳米纤维的接收表面之间施加高电压电势，由聚合物溶液纺织聚合物纤维或聚合物纳米纤维的方法。电压电势可以包括小于或等于约30kV的电压。聚合物可以由聚合物注入系统以小于或等于约50ml/h的流速射出。当聚合物溶液从聚合物注入系统朝接收表面行进时，所述聚合物溶液可以被拉长为典型地约0.1μm至约100μm的范围的次微米直径的电纺聚合物纳米纤维。电纺聚合物纳米纤维直径的一些非限制性的实施例可以包括约0.1 μm、约0.2μm、约0.5μm、约1μm、约2μm、约5μm、约10μm、约20μm、约50μm、约100μm，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。
聚合物注入系统可以包括被配置为将一些量的聚合物溶液射出到大气中，以允许聚合物溶液从注入系统到接收表面的流动的系统。在一些非限制性的实施例中，注入系统可以递送的将被形成为聚合物纳米纤维聚合物溶液的连续流。在可替换的实施例中，注入系统可以被配置为递送将被形成为多个聚合物纳米纤维的聚合物的间歇的流。在一个实施方案中，注入系统可以包括手动或自动控制下的注射器。在另一个实施方案中，注入系统可以包括单独或者组合的手动或自动控制下的多个注射器。在一些实施例中，多注射器注入系统可以包括多个注射器，每个注射器包含相同的聚合物溶液。在可替换的实施例中，多注射器注入系统可以包括多个注射器，每个注射器包含不同的聚合物溶液。
接收表面可以相对于聚合物注入系统移动，或者聚合物注入系统可以相对于接收表面移动。在一些实施方案中，接收表面可以在手动控制下相对于聚合物注入系统移动。在其他的实施方案中，所述表面可以在自动控制下相对于聚合物系统移动。在这样的实施方案中，接收表面可以与支撑结构接触或者被安装在所述支撑结构上，所述支撑结构可以使用一个或更多个马达或运动控制系统被移动。在一些非限制性的实施例中，表面可以是被配置为围绕所述表面的长轴旋转的大体上圆柱形的表面。在一些其他的非限制性的实施例中，表面可以是围绕与被聚合物注入系统射出的聚合物纤维大致上共轴的轴旋转的平坦的表面。在再一些其他的限制性的实施例中，表面可以在相对于被聚合物注入系统射出的聚合物纳米纤维的垂直方向和水平方向中的一个或更多个方向上被平移。可以进一步意识到，聚合物纳米纤维的接收表面可以在相对于被聚合物注入系统射出的聚合物纳米纤维的任何一个方向或方向组合上移动。沉积在接收表面上的电纺聚合物纳米纤维的模式可以取决于接收表面相对于聚合物注入系统的一种或更多种运动。在一个非限制性的实施例中，大体上圆柱形的接收表面可以导致电纺聚合物纤维形成的绕组围绕所述接收表面的大体上螺旋的沉积，所述接收表面具有比沿线性轴的平移速率快的围绕所述接收表面的长轴的旋转速率。在可替换的实施例中，接收表面可以导致电纺聚合物纤维沿所述接收表面的线性区间的大体上线性的沉积，所述接收表面具有比围绕旋转轴的旋转速率快的沿线性轴的平移速率。
在一些实施方案中，在电纺聚合物纳米纤维应用之前，接收表面可以被覆有非粘性材料，如，例如，铝箔、不锈钢覆层、聚四氟乙烯或其组合。接收表面(如卷筒)可以由铝箔、不锈钢、聚四氟乙烯或其组合制造，以提供可以在其上沉积电纺纳米纤维的非粘性表面。在其他的实施方案中，接收表面可以覆有模拟软骨或者其他的支持性组织。在一些非限制性的实施例中，接收表面可以由平面表面、圆弧表面、不规则表面和大体上圆柱形的表面构成。大体上圆柱形的表面的一个实施方案可以是卷筒。卷筒可以采取简单圆柱的形式，或者可以具有更复杂的几何结构。在一些非限制性的实施例中，卷筒可以采取中空的身体组织或器官的形式。这样的身体组织的非限制性的实施方案可以包括气管、一根或更多根支气管、食管、肠(intestine)、肠(bowel)、输尿管、尿道、血管或神经鞘(包括 神经外膜或神经束膜)。
聚合物溶液可以是由通过是加热而液化的固体聚合物构成的流体。可替换地，聚合物溶液可以包括溶解在一种溶剂或者多种溶剂的组合中的任何一种聚合物或者多种聚合物的组合。一种溶剂或多种溶剂中的一种聚合物或多种聚合物的浓度范围可以是，而不限于，约5wt％至约50wt％。溶液中的聚合物浓度的非限制性的实施例可以包括约5wt％、约10wt％、约15wt％、约20wt％、约25wt％、约30wt％、约35wt％、约40wt％、约45wt％、约50wt％，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。
聚合物
根据本文的实施方案，用于电纺的聚合物溶液可以典型地包括合成或半合成的聚合物，如，而不限于，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、硅酮、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚癸二酸甘油酯、聚二醇柠檬酸酯、聚羟基丁酸酯、聚醚酰胺、聚二氧六环酮(polydiaxanone)，及其组合或衍生物。用于电纺的可替换的聚合物溶液可以包括天然的聚合物，如纤连蛋白、胶原蛋白、明胶、透明质酸、壳聚糖，或其组合。可以理解，电纺溶液还可以包括以任意组合或组成比率的合成聚合物和天然存在的聚合物的组合。在一些非限制性的实施例中，聚合物溶液可以包括约10％至约75％的重量百分数比的聚对苯二甲酸乙二醇酯与聚氨酯。这样的重量百分数比的非限制性的实施例可以包括10％、25％、33％、50％、66％、75％，或者在这些值中任意两个之间的范围。
聚合物溶液中的聚合物的种类可以确定生物相容的织物的特点。一些织物可以由当植入时生物稳定且非生物可吸收或生物可降解的聚合物构成。针对所述织物保持被植入的时间长度，这样的织物可以一般地保持化学上不被改变。可替换的织物可以由随着时间可以被吸收或者生物降解的聚合物构成。这样的织物可以充当器官和/或组织修复或替代的初始模板。一旦组织或器官已经被天然的结构和细胞替代或者修复，这些器官或组织模板可以原位降解。可以进一步理解，生物相容的织物可以由多于一种聚合物构成，并且其中的每种聚合物可以具有具体的特点，如稳定性或者生物可降解性。
聚合物溶液还可以包括一种或更多种溶剂，如丙酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、乙腈、己烷、醚、二恶烷、乙酸乙酯、吡啶、甲苯、二甲苯、四氢呋喃、三氟乙酸、六氟异丙醇、乙酸、二甲基乙酰胺、氯仿、二氯甲烷、水、醇、离子化合物，或其组合。
聚合物溶液还可以包括附加的材料。这样的附加的材料的非限制性的实施例可以包括不透辐射的(radiationopaque)材料、抗生素、生长因子、维生素、细胞因子、类固醇、抗炎药物、小分子、糖、盐、肽、蛋白质、细胞因子、DNA、RNA，或其任意组合。
抗静电棒的并入
在电纺期间，聚合物纳米纤维被由所施加的电压引起的电荷分离朝接收表面驱动。接收表面典型地是由例如铝或铜构成的传导性表面。在一些实施方案中，接收表面被范围为例如在约0.001英寸(约0.025mm)至约0.1英寸(约2.5mm)厚的塑料薄层盖覆。从聚合物注入系统朝接收表面驱动电纺聚合物溶液的力来源于聚合物溶液或熔融物内的可动离子。取决于施加到聚合物注入系统和接收表面的电压的极性，由聚合物注入系统射出的聚合物溶液可以具有净正电荷或者净负电荷。当电纺聚合物纳米纤维被沉积在收集器表面以形成聚合物纳米纤维线时，电荷将随着纳米纤维线层随后被收集而累积。被认为当电荷在接收表面上累积时，具有类似的电荷的纳米纤维线将被排斥(repelled)。这种静电排斥力可以因此导致不规则布置的纳米纤维线，所述纳米纤维线具有较低程度的对齐度。为了减小表面电荷对于接收表面或者所述接收表面上的聚合物纳米纤维线的影响，抗静电装置(如棒)的使用可以被并入到方法中，以改善纳米纤维线对齐度。抗静电棒以例如等离子体或者电晕放电的形式用带正电荷或带负电荷的离子轰击接收表面，由此中和接收表面上的电荷。因此，当纤维在接收表面上累积时，纳米纤维线的连续层将以并排的布置(平行关系)方式更均匀地沉积，以增加对齐度。在一个实施方案中，抗静电棒的位置平行于接收表面的表面，(例如，大体上圆柱形的卷筒、轮、装置或盘)，并且可以是，例如，离开接收表面约0.5英寸(约13mm)至约3英寸(约75mm)。
实验结果证明当与在没有抗静电棒的相同条件下纺织的样品相比时，其中增加抗静电棒时，接收表面上的纳米纤维线对齐度显著改善。例如，当沉积在缺少抗静电棒的接收表面上时，在低角度取向中纳米纤维线的对齐度可以是约83％。然而，其中使用抗静电棒时可以观察到纤维对齐度方面12％的增加——到约95％。对于合并具有多个注射器的聚合物注入系统的过程，抗静电棒的使用还可以导致接收表面上的纳米纤维线对齐度方面的改善。当纳米纤维线被沉积在缺少抗静电棒的接收表面上时，纳米纤维线的对齐度可以是低的，其中约74％的纳米纤维线以低角度取向的方式被沉积。具有抗静电棒时，在相同的纺织条件下，对齐度可以变成约92％。可以领会，附加的实施方案可以包括并入了多于一个抗静电棒的使用的过程。
组合的高速度和交替接地排列(alignment)
在电纺期间产生的聚合物纳米纤维的提高的对齐度已通过各种方法获得，所述方法包括，例如，(例如，在接收表面(如卷筒)上以高速度旋转的)高速度纤维收集，以及在旋转的接收表面上相继放置的电极之间的纤维收集。在一个非限制性的实施方案中，接收表面可以是金属辐条轮的边沿表面。轮的边沿表面被覆有薄的绝缘层，如，例如，聚苯乙烯薄层或聚苯乙烯膜。在一个非限制性的实施例中，相继的电极可以由跨绝缘材料横向放置的传导性带制造。每个带电极的至少一个端可以接触一个或更多个金属轮辐条。传导性带可以由，例如，碳或铜构成，并且可以具有约0.1英寸(0.25cm)至约2英寸(约5cm) 的宽度。在一些实施方案中，传导性带可以围绕轮边沿以均匀的间距被放置。传导性带和绝缘表面之间的间距可以创建传导性表面和非传导性表面的交替层。金属辐条可以与电纺电压源电接触，所述源在聚合物注入系统和接收表面之间提供电压差。高速旋转的表面与带有多点接地线的(multiplygrounded)电表面的组合可以导致提高的纤维对齐度。
图1图示说明用于将聚合物纳米纤维电纺到卷筒上以形成聚合物网络的系统的一个实施例。聚合物注入装置115可以表示以滴的形式或者以连续流的形式的聚合物溶液。在液体聚合物从注入器115移动到卷筒105期间，电纺聚合物纳米纤维120可以形成。电压源可以为注入装置115提供高电压，同时对卷筒105合适接地。卷筒105可以被安装在可移动的支撑件110上。在一个非限制性的实施方案中，高电压接地线可以与支撑件110电连通。在另一个非限制性的实施方案中，高电压接地线可以与卷筒105电连通。
在一个非限制性的实施例中，在电纺过程期间，支撑件110可以引起卷筒105在单一方向上旋转，或者在交替的方向上旋转。在可替换的非限制性的实施例中，在电纺过程期间，支撑件110可以引起卷筒105沿一个或更多个线性轴x、y和/或z平移，或者在交替的方向上平移。这样的线性运动可以允许纤维120附接到沿卷筒105的长度(也就是在z-方向上)的任意部分。可替换地，线性运动可以引起卷筒105在距注入装置115的末端的距离(x-和/或y-方向)方面变化。可以理解，在电纺过程期间，支撑件110可以以包括转动运动和平移运动的复杂的运动方式来移动卷筒105。可以进一步领会，在电纺过程期间，卷筒105旋转和/或平移的速度可以是均匀的或非均匀的。还可以领会，支撑件110上的卷筒105可以是静止的，并且注入装置115可以相对于静止的卷筒旋转和/或平移。
如图1图示说明的，电纺纤维120可以以这样的方式被卷绕在卷筒105上，所述方式类似于用来将纺织的线卷绕在筒管上的方式。纤维120可以至少部分地基于一个或更多个下述因素以任意数目的受控制的配置被卷绕在卷筒105上，所述因素包括注入装置115注入聚合物溶液的速率，注入装置和卷筒之间的电压电势，以及支撑件110的旋转和/或平移速度。卷筒105可以具有适合于有意用于生产的腔结构的类型的任何形状。在一个非限制性的实施例中，例如，针对血管支撑结构，卷筒105可以具有简单的管状形状。在另一个非限制性的实施例中，卷筒105可以由具有单个管状端和分叉的管状端的结构构成。可能明显的是，这样的形状可以被用来制造适合于替代气管和伴随的支气管的聚合物网络。在一个非限制性的实施例中，卷筒105可以由金属构成。在另一个非限制性的实施例中，卷筒105可以覆有非粘性材料，如，例如铝箔或聚四氟乙烯，以允许聚合物网络从卷筒容易的移除。在再另一个非限制性的实施方案中，卷筒105可以具有可拆卸的构造，从而卷筒可以通过在聚合物网络内拆卸卷筒而从聚合物网络移除，由此从卷筒表面释放聚合物网络。在再另一个非限制性的实施方案中，具有缠绕在其上的已完成的聚合物网络的卷筒105可以被喷涂以溶剂(如醇)，以从卷筒解开聚合物网络，由此允许聚合物网络从卷筒被移除，由此形成生物相容的织物。具有更复杂形状的卷筒105可以由若干可逆地(reversibly)可附接的部件制造。在这样的卷筒105上制造的聚合物网络可以通过拆解卷筒从卷筒表面被移除。
如图1图示说明的，旋转的卷筒105可以引起纤维120缠绕在卷筒外表面上形成多个绕组125a、b。绕组125a、b可以以规则模式，不规则模式，或者规则和不规则模式的组合被形成。在一个实施方案中，绕组125a、b可以形成规则的右手螺旋。在一个实施方案中，125a、b可以形成规则的左手螺旋。在一些实施方案中，绕组125a、b可以以相邻的绕组之间大约相同的间隔形成螺旋。在一些实施方案中，绕组125a、b可以形成其中相邻的绕组在所述相邻的绕组之间具有不同的间隔的螺旋。在另一些实施方案中，绕组125a、b可以不形成规则的螺旋，并且在若干绕组之间可以有重叠。在再另一个实施方案中，绕组125a、b可以以随机方式围绕卷筒105被卷绕。
可能明显的是，聚合物网络可以由若干绕组125a、b构成。聚合物网络可以由单个层的绕组125a、b构成。在可替换的实施方案中，聚合物网络可以由若干层的绕组125a、b构成。在一些实施方案中，若干单独的纤维120可以围绕卷筒105连续地被卷绕，以形成一个或更多个层。在可替换的实施方案中，每个层可以由单个纤维120的若干个绕组125a、b构成。在再可替换的实施方案中，若干层可以由单个纤维120构成，以一系列的层的方式被卷绕在卷筒105上。可以领会，在相邻的绕组之间，如在绕组125a和125b之间，可以形成空隙或纤维间间隔130。这样的纤维间间隔130可以具有约2微米至约5微米的直径。可替换地，这样的纤维间间隔130可以具有约30微米至约50微米的直径。可能明显的是，织物可以包括具有约2微米至约50微米的直径的多个纤维间间隔130。这样的纤维间间隔的非限制性的实施例可以包括约2μm、约4μm、约6μm、约8μm、约10μm、约20μm、约30μm、约40μm、约50μm，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。在另外的非限制性的实施例中，纤维间间隔130可以具有小于或者约等于约200微米的直径。织物可以可替换地以目数为特征。在一些非限制性的实施例中，织物可以具有每mm约20个纤维间间隔130至每mm约500个纤维间间隔130的目数。这样的目数的非限制性的实施例可以包括每mm约20个间隔、每mm约40个间隔、每mm约60个间隔、每mm约80个间隔、每mm约100个间隔、每mm约200个间隔、每mm约300个间隔、每mm约400个间隔、每mm约500个间隔，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。
用于制造生物相容的聚合物织物的可替换的方法可以包括表面处理，以进一步调整聚合物网络的目数。在一个实施方案中，表面处理可以包括使微粒材料145a与电纺纤维120、卷筒105或设置在卷筒上的聚合物网络中的一个或更多个接触。在一个非限制性的方法中，在纺织步骤(145b)期间，微粒材料145b可以在电纺纳米纤维接触卷筒105之前与电纺纤维120接触。在可替换的方法中，微粒材料145c可以与电纺纤维(145c)的聚合物网络接触，所述电纺纤维(145c)的聚合物网络与卷筒105接触。微粒材料145a可以由微粒源140供应，所述微粒源140被放置在电纺纤维120或卷筒105之上或者以其他方式邻近电纺纤维120或卷筒105。微粒源140可以包括本领域已知的任何装置，包括，而不限于，筛或振动器。微粒源140本质上可以是机械的并且可以由操作者以直接方式、机械控制器、电气控制器或其组合控制。
微粒材料145a可以选自能够溶解在这样的溶剂中的任何材料，所述溶剂在其他方面不能溶解电纺纤维。在一个非限制性的实施例中，溶剂可以是水，并且微粒材料145a可以包括水溶性微粒。这样的水溶性微粒的非限制性的实施方案可以包括水溶性盐、水溶性糖、水凝胶，或其组合。水溶性盐的非限制性的实施例可以包括NaCl、CaCl、CaSO₄或KCl。水溶性糖的非限制性的实施例可以包括蔗糖、葡萄糖或乳糖。微粒材料145a可以具有约5μm至约300μm的平均尺寸。这样的微粒材料145a的平均尺寸的非限制性的实施例可以包括约5μm、约10μm、约20μm、约40μm、约60μm、约80μm、约100μm、约150μm、约200μm、约250μm、约300μm，或者在这些值(包括端点)中任意两个之间的范围。
多层织物的制造方法可以包括附加的步骤。在一些实施例中，多组的层可以或者以化学的方式或者以热的方式被定位焊在一起。可替换地，层可以或者通过热手段或者通过化学手段被熔结在一起。
如上文公开的，织物可以由若干层的绕组225构成。附加特征可以被添加到织物。在一些非限制性的实施方案中，织物可以包括一个或更多个弯曲的支撑结构。这样的结构可以包括设置在织物的内部、织物的外部，或者纤维绕组125a、b的连续层之间的环形或者U形支撑物。所述弯曲的支撑物可以具有合适于其用途的任何尺度。在一些非限制性的实施例中，支撑物可以具有约0.2mm至约3mm的宽度。在一些其他的非限制性的实施例中，支撑物可以具有约1mm至约5mm的厚度。这样的支撑物可以由以下材料中的一种或更多种构成：金属、陶瓷和聚合物。使用在这样的弯曲的支撑物中的聚合物的非限制性的实施例可以包括以下物质中的一种或更多种：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、硅酮、聚氨酯、聚碳酸酯、聚醚酮酮、聚醚醚酮、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯、聚醚砜、聚砜、聚己内酯(PCL)、聚乳酸(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚癸二酸甘油酯、聚二醇柠檬酸酯、聚羟基丁酸酯、聚醚酰胺、聚二氧六环酮、壳聚糖，及其组合或衍生物。这样的支撑物还可以由这样的材料构成，所述材料可以是非可吸收的或者非完全可降解的。在纤维120被卷绕在卷筒表面上以形成聚合物网络之前，这样的支撑物可以被加接在卷筒105上。可替换地，在另外的层被卷绕在支撑物上之前，这样的支撑物可以被加接在先卷绕的一层聚合物网络的纤维120上。在再另一个实施方案中，在卷绕过程完成之后，但是在聚合物网络从卷筒105被移除之前，这样的支撑物可以被附接到聚合物网络的外表面。可替换地，在聚合物网络已经从卷筒105被移除、由此形成生物相容的织物之后，可以添加另外的支撑物。支撑物可以通过任何适合的手段被加接在聚合物网络或者织物上，包括，但不被限制于，胶合、热焊接和溶剂焊接。另外的支撑物可以由网格材料形成，纤维120可以被纺织在所述网格材料上。这样的网格支撑物可以是刚性的、可拆卸的和/或可消耗的。
聚合物网络在仍与接收表面接触同时，可以接收任意数目的附加表面处理。可替换地，一旦聚合物网络已经从接收表面被移除，由此形成生物相容的织物，这样的表面处理还可 以施加。这样的表面处理的非限制性的实施例可以包括，而不限于，在溶剂中洗涤，用气体流干燥，灭菌、熔结，或者用等离子体放电处理。洗涤溶剂可以包括水和醇。干燥气体流可以包括空气、氮气或者惰性气体(如氩气)。气体流可以包括加压空气或者加压电离空气。灭菌技术可以包括伽马照射。等离子体放电处理可以在空气中，或者在另一种气体(如四氟化碳)中进行。
上文公开包括通过将聚合物电纺以形成围绕卷筒的绕组来制造的聚合物网络和生物相容的织物的若干实施方案和实施例。这样的绕组可以通过使卷筒围绕纵轴旋转以及使电纺聚合物纳米纤维与卷筒接触来制造。在卷绕过程期间，当同时围绕卷筒的纵轴旋转时，卷筒附加地可以在相对于聚合物注入装置的若干方向(在x-方向、y-方向和z-方向)中的任一个上被平移。可替换地，聚合物网络或生物相容的织物可以通过将卷筒沿纵轴平移以接收电纺聚合物，并且在平移步骤已经完成之后旋转来制造。所产生的聚合物网络结构可以不包括绕组(即，以围绕卷筒纵轴圆形或弯曲路径沉积在卷筒上的纤维)，而是可以由沿卷筒的纵轴沉积在卷筒表面上的重叠的纤维的线性线构成。
图2A和2B图示说明这些几何结构的一些实施例。如图2A图示说明的，支撑件210上的卷筒205可以围绕卷筒的纵轴旋转。当卷筒旋转时，电纺聚合物可以与卷筒205接触，由此产生围绕卷筒的纵轴的绕组225a、225b，所述绕组225a、225b之间的具有间隔230。如图2B图示说明的，当聚合物纳米纤维接触卷筒表面时，支撑件210上的卷筒205可以成线性地平移。结果，电纺纳米纤维可以形成具有沿卷筒纵轴的主要地纵向取向的一个或更多个织物线227a、b。这些织物线227a、b的特征还可以在于纤维间间隔230。可以领会，具有多个纤维和/或绕组取向和间隔的聚合物网络或生物相容的织物可以基于卷筒相对于聚合物注入器运动的方向和取向来制造。
可以理解，在上文公开中，卷筒作为聚合物接收表面的使用不被视为限制性的。其他类型的表面，包括平面表面、圆弧表面和不规则表面，可以等同地被用作用于聚合物电纺纤维的接收表面。这样的可替换的接收表面的旋转和平移运动可以导致聚合物纳米纤维线在接收表面上或者围绕接收表面的任意类型的取向。因此，这样的聚合物纳米纤维线可以形成(而不限于)绕组、线性对齐、星形对齐或随机对齐。
生物相容性
在某些例子中，织物可以被生产为在纤维之间缺少开口的织物，并且可以被视为“无网格的”织物。在这样的“无网格的”织物中，纤维可以太大以至于不允许相邻纤维之间的开口。在“无网格的”织物中这样的纤维可以彼此几乎完全重叠，由此产生有效地连续的织物表面。包括(而不限于)袋、间隔、空隙和洞的孔可以被引入到这样的“无网格的”织物中。本领域技术人员可以意识到，作为一个非限制性的实施例，能够将孔并入到聚合物嵌段中的方法还可以被用来将孔引入到“无网格的”织物中。具有本领域普通技术的技术人员可以意识到用于将孔引入到由聚合物制造的构造中的技术可以包括，而不限于，溶 液铸造、乳液铸造、聚合物共混和相变技术。
导致患者死亡，或者没能延迟、阻止或减轻发病率和死亡率的植入物和方法不在术语“生物相容的”的含义之内。如此，在一些实施方案中，无效的、有毒的或者致命的组合物在本文中是明确地被排除的，因为所述组合物不满足生物相容这一必要要求。在一些实施方案中，被特别排除的非生物相容的组合物是：模制纳米复合材料、模制聚乳酸(PLA)、模制聚乙醇酸(PGA)、模制聚己内酯(PCL)、聚己内酯/聚碳酸酯(80:20％)多面体低聚倍半硅氧烷；多面体低聚倍半硅氧烷纳米笼；模制蛋白质材料、模制胶原蛋白；模制纤维蛋白、模制多糖模制壳聚糖、模制葡糖氨基葡聚糖(glycosaminoglycans，GAGs)；模制透明质酸、一套由多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)构成的纳米复合材料，其中所述多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)是共价结合到聚(碳酸酯-脲)氨酯(poly(carbonate-urea)urethane，PCU)的，以形成纳米复合材料“POSS-PCU”聚合物；POSS-PCU流体；凝结的POSS-PCU流体；包括盐晶体的POSS-PCU聚合物流体；凝结的POSS-PCU聚合物，其中所述盐晶体在凝结之后被溶解以形成孔；凝结的POSS-PCU聚合物，其中所述盐晶体是钠盐、锂盐、钾盐、碳酸盐或碳酸氢盐、碳酸钙、碳酸钴(II)、碳酸铜(II)、碳酸镧、碳酸铅、碳酸锂、碳酸镁、碳酸锰(II)、碳酸镍(II)、碳酸钾或碳酸钠；POSS-PCU聚合物，其中平均孔直径可以是约20-100微米；模制聚合物，其中所述平均孔直径是约20-100微米、从约1nm至约500微米，约10nm至约1微米、约1至约10微米、约10至约100微米、约10至约50微米，约50至约100微米，约100至约200微米，约200至约500微米，和约50-100微米的平均直径；以及包含50％的碳酸氢钠的聚合物流体，所述碳酸氢钠具有约40微米的平均晶体尺寸。
外科手术
尽管在先公开的非织物植入物的组合物不在本公开的范围内，包括外科手术方法的某些其他的方法可以容易地适合于与所公开的织物植入物一起使用。例如，可以使用一种或更多种成像技术来评估对象，以鉴定需要被移除的损伤组织的位置和程度。在一些非限制性的实施例中，所公开的织物可以与相容细胞一起被接种在外部表面和腔表面两者上，所述相容细胞至少保留一些分化能力。在一些实施方案中，细胞可以是可能从患者(例如，从患者骨髓)分离的自体细胞(例如单核细胞)，或者是从相容捐献者分离的。在外科手术之前，接种过程可以在生物反应器(例如，旋转的生物反应器)中进行数天。就在外科手术之前，另外的细胞可以被添加到由生物相容的织物构成的合成组织的腔表面。在一些实施方案中，这些细胞可以是上皮细胞，如果组织是呼吸道组织，所述上皮细胞可以是从患者的呼吸道分离的。此外，即将在外科手术之前，一个或更多个生长因子可以被添加到合成组织。并入了这样的细胞和/或附加的化学因子的生物相容的织物可以随后被移植到患者中以代替已经被移除的损伤组织。可以针对排斥体征或者功能不良的呼吸道移植体征在术后监测患者。应该领会，将细胞和/或化学因子添加到生物相容的织物可能不是对于每种移植外科手术都必需的。这些手术中的任何一种或更多种对于辅助合成器官或组织的制备和/或移植方面可以是单独或者组合有用的。
在某些实施方案中，本文公开的生物相容的织物被用作气管植入物。天然的气管是从喉的较低部分(在第六节颈椎的水平)延伸到第五节胸椎的上边界的软骨质和膜质管，所述气管在所述第五节胸椎的上边界处分支形成两个支气管。气管具有在后面(后部)扁平的圆柱形形状。前面(前部)是凸面的。并非意在约束，典型的人类气管为至少约10cm长，并且约2-2.5cm宽。然而，所述气管一般在男性中更大而在女性中更小。有时候，因为疾病或者创伤，患者将从用生物相容的织物支撑或者替代他们自己的呼吸道或者部分呼吸道(例如，气管或者部分气管、支气管或者部分支气管，或其组合)中受益。
任何呼吸道植入物(无论包括模制的植入物还是织物植入物)都可以被成形或者形成来取代被替代的呼吸道的一个区域或者多个区域。在一些实施方案中，呼吸道植入物可以是大体上圆柱形，由此在植入之后形成空气流动导管。可替换地，空气流动导管可以具有呼吸道区域的天然形状。例如，在横剖面，导管可以具有D形，所述D形具有凸面的前部(例如，U形的)和相对直的后部。导管的长度可以被设计为有效匹配(或者稍微长于)被替代的呼吸道区域的长度。空气流动导管可以以患者的组织的要被植入物替代的部分为模型。因此，植入物的尺度和形状可以被设计来匹配被替代的呼吸道区域的尺度和形状。应该领会，取决于要被替代的区域，导管的整体形状可以是直导管、Y形分叉导管或者L形导管。
至于植入以后患者的护理，可以监测某些生理功能。例如，在植入合成的或者天然的气管之后，患者随访可以包括，但是不被限制于，第一周每天、第二周每隔一天、其后头六个月每月一次，以及其后头5年每6个月一次对被移植的呼吸道进行内窥镜评估(柔性的和/或刚性的支气管镜检)。另外的患者随访可以包括血球计数评估，包括头两周每两天进行白血细胞分类计数，造血干细胞评估，免疫原性评估(例如，可以取血液样本通过评估移植之后3天、7天、30天、3个月、6个月和12个月后的抗体来研究植入物的组织相容性)，以及颈部和胸部的计算机化断层显像。针对移植的呼吸道的长期患者随访可以在后续第1个月、第3个月、和第6个月，以及其后的头5年每6个月进行。附加的肿瘤方面的随访将是终身的，并且可以包括针对这样的医疗状况的标准评估。在某些实施方案中，在植入之后，生物相容的织物植入物可以被保留在患者内达1天、3天、5天、7天、2周、3周或者甚至1个月或更长时间。因此，这样的织物可以被保留在患者中达至少这些长度的时间，所述长度的时间是与本文公开的植入物的生物相容性相当的。在某些实施方案中，生物相容的织物植入物被保留在患者中达6个月、1年、多年或者长达患者终生。
尽管上文公开的是使用生物相容的织物来替代气管或喉结构的实施例，可以领会，具有腔结构的其他的生物结构、组织和器官也可以被生物相容的织物装置所替代。这样的腔结构的一些非限制性的实施例可以包括气管、气管和至少一根支气管的至少一部分、气管和喉的至少一部分、喉、食管、大肠、小肠、上肠(upperbowel)、下肠(lowerbowel)、血管结构及其部分。
为了图示说明上文公开的各种特征，提供以下非限制性的实施例。
实施例
实施例1：制备生物相容的织物的方法
在制备示例性织物时，通过将2-30wt％的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)溶解在1,1,1,3,3,3-六氟异丙醇和三氟乙酸的混合物中来制备聚合物纳米纤维前体溶液，并且所述溶液被加热到60℃，随后通过连续搅拌溶解PET。溶液被冷却到室温，并且溶液被放置在具有钝末端针头(blunttipneedle)的注射器中。通过使用设定为1kV-40kV的高压直流(DC)正极或者负极的电源、5-30cm的末端到基底距离以及从注射器1μl/hr至约100ml/hr的流速，电纺形成纳米纤维。使用直至1,000's的针头的针头阵列来增加输出是可能的。大致0.2-3.0mm厚的随机取向的和/或高度对齐的纤维被沉积在接收表面上。在靠模(form)被旋转的同时，聚合物环被引入到接收表面上且在在先纺织的纤维之上，并且另外的大致0.2-3.0mm的纤维被添加在(包括附加的聚合物环的)表面上。织物被真空放置过夜以保证移除残留的溶剂(典型地少于10ppm)并且使用射频气体等离子体处理1分钟，以使纤维更亲水并且促进细胞粘着。
实施例2：用可溶的微粒材料制造的生物相容的织物
图3A和3B描述生物相容的织物的两张显微照片，一个是没有添加可溶的微粒材料形成的(图3A)，而一个是添加了可溶的微粒材料形成的(图3B)。织物由以约13％的浓度溶解在六氟异丙醇中的聚二氧六环酮的溶液形成。具有约7μm的纤维直径的聚合物纤维被电纺到卷筒上。图3A描述由单独电纺到卷筒上的聚二氧六环酮产生的织物，并且展现了约60％的孔隙率(其中孔隙率可以被定义为材料中的孔隙空间的分数)。可以观察到，孔隙率横跨图3A中描述的区域表现出不一致。低孔隙率支架在要避免细胞浸润或者减少透水性的应用中可以是有益的。然而，低孔隙率的支架在可能期望支架中的细胞浸润的应用中可能是不利的或者有缺点的。可以领会，如图3A描述的结合在一起的纤维可以具有与纤维之间缺少这样的结合的网格支架的机械性能不同的机械性能。
图3B图示说明由相同的聚合物溶液和溶剂形成的织物的显微照片，但是所述织物还包括在卷绕期间添加到纤维中的NaCl的小微粒，以形成包括盐的聚合物网络。盐颗粒具有约50μm的平均尺寸。为了从聚合物网络移除盐，在使用搅拌棒温和搅动约24小时的条件下，网络被陷入三个连续的水变化中。图3B中可以观察到，织物网格更规则，具有约90％的平均孔隙率。可以领会，在织物制造期间具有已知尺寸的可溶性微粒材料的添加可以产生更均一的孔隙率并且对于织造织物还可以是更可再生的过程。织物性能的可再生性可以改善织物的实用性，因为那样织物可以更容易地被制造来满足已知的规格。除了电纺过程的改善的可再生性，可溶的微粒的添加可以便利于目数针对特定应用的定制。在一 个非限制实施例中，增加织物的目数以容纳作为细胞球状体出现在织物上的大群落的细胞的接种(seeding)或者培养(culturing)可能是必需的。这样的球状体可以包含数百个细胞并且直径可以直至数百微米。较大的目数可以允许这些球状体与支架融为一体而不破坏细胞群落。
尽管本发明已经通过发明的示例性实施方案的描述而被图示说明，并且尽管实施方案已经以某些细节被描述，将所附的权利要求书制约或者以任何方式限制到这样的细节并不是申请人的意图。另外的优势和改变会容易地呈现给本领域技术人员。因此，发明在其更广泛的方面并非被限制于已经示出和描述的具体的细节、代表性的装置和方法，和/或例证性的实施例中的任一个。因此，可以从这样的细节以不背离申请人总体的发明构思的精神和范围的方式创新。