一种纳米超细纤维人工血管的制备方法 【技术领域】
本发明涉及人工血管，尤其涉及一种纳米超细纤维人工血管的制备方法。
背景技术
自从1957年Meadox公司成功研制涤纶编织人工血管(Dacron)，1970年William首创膨体聚四氟乙烯(ePTFE)人工血管(Gore-Tex)以来，人工血管的研发与应用已有约五十年历史。期间还有各种不同材料的人工血管产品推出，重要的有微孔硅橡胶人工血管(主要优点是搏动力学顺应性好)、嵌段聚氨酯人工血管(超薄而有弹性、力学顺应性好)、可生物降解的聚二氧六环酮人工血管以及聚乳酸～聚羟基乙酸共聚物人工血管(Polyglactin 910)等等，但其综合性能始终比不上Dacron、ePTFE人工血管，均未能推广应用。时至今日，PFTE人工血管和Dacron人工血管已在大口径(＞6mm)血管重建取得巨大成功，5年通畅率高达91-95％。但是，应用PTFE和Daron制作的小口径人工血管却碰到很多问题，如远期通畅率很低、血栓形成、栓塞、慢性异体反应和严重内膜增生，5年通畅率低至43-45％。
近年更多合成材料的出现，如聚氨酯(polyurethane，PU)、聚己内酯([P(LLA-CL)])，使人们拥有了更合适材料来制作小口径人工血管。聚氨酯(PU)材料由于具备良好的顺应性、弹性和优良的抗血栓性而备受关注。国外研究者探索了使用该种材料生产小直径人工血管的各种加工方法，并采用所生产的产品进行动物实验，发现与ePTFE血管比较，PU血管可在更短的时间内实现内皮化，新生内膜薄而均匀，血管通畅率好。但值得注意的是常规聚氨酯材料在长期植入体内的条件下，其生物稳定性目前仍受到怀疑，但有一些改性聚氨酯产品抗降解能力很强。目前主要使用脂肪族聚醚型聚氨酯，为进一步提高聚氨酯材料表面的生物学性能，国内外对聚氨酯改性做了大量的研究，一般是在分子链上接枝硅和维生素等以进一步改善其生物相容性，也有研究在聚氨酯表面加附各种细胞黏附因子，如胶原、纤维黏连蛋白和白蛋白，使聚氨酯表面更加生物化。还有研究使用单层碳纳米管改性聚氨酯以提高其生物稳定性。
但是，上述的人工血管常常会导致细胞向内皮下层迁移增殖造成血管腔狭窄。
【发明内容】
针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种纳米超细纤维人工血管的制备方法，采用电纺丝装置并结合特制的溶液制备出的人工血管具备丰富的孔隙率，利于内外层物质交换和细胞信号传导，避免细胞向内皮下层迁移增殖造成血管腔狭窄。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种纳米超细纤维人工血管的制备方法，它包括如下步骤：
(1)采用聚氨酯：
(Poly[4，4′-methylenebis(phenylisocyanate)-alt-1，4-butanediol/di(propyleneglycol)/polycaprolactone]，MDI-polyester/polyether polyurethane)，以质量比3∶7的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶液作为溶剂，制备质量分数为10％的聚氨酯纺丝液，静置脱泡；
(2)将上述配好的纺丝液装于电纺丝装置的溶液储存装置中，调节纺丝液流量速度；
(3)根据制备要求选择不同直径的接收棒；
(4)调节电纺丝装置的喷射装置和接收棒之间的距离；
(5)将接收棒接地；
(6)打开高压静电发生器，设定静电纺丝电压，通过高压电源提供喷射装置与收集装置间的强电场，等待一段时间后，断开电源，卸下接收棒，取下人工血管。
所述纺丝液流量速度为1～2ml/h。
所述接收距离设定为18～20cm。
所述静电纺丝电压为20～25KV，所述的等待时间为8.2～4h。
与现有技术相比，本发明制得的人工血管融合传统血管工程和组织工程化血管研究的优势，具有良好的抗凝、抗破裂和血流动力学特性，实用性强。柔软、弹性的聚氨酯血管可有效传导血流搏动信号，利于血管结构和强度塑型；提高了孔隙率，利于内外层物质交换和细胞信号传导，避免细胞向内皮下层迁移增殖造成血管腔狭窄。
【具体实施方式】
电纺丝是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场作用下形成喷射流进行纺丝加工的工艺。近年来，电纺作为一种可连续生产纳米纤维的有效途径，引起人们的广泛关注，目前世界上已成功进行电纺加工的聚合物超过30种。电纺技术制得的纤维直径范围一般在3nm～5um，比用常规方法制得的纤维直径小几个数量级。这些用传统方法所无法获得的优良特性，赋予了电纺丝纤维广泛的应用前景。此外，电纺丝技术还具有快速、高效，设备简单、易于操作等优点，可用于制备复杂、免缝合支架，是控制高分子生物制品形貌、孔隙率及调节组分的有效途径。现有的电纺丝装置主要由以下4部分组成：(1)高压静电发生器：提供喷射装置与收集装置间的强电场，一般采用最大输出电压为30～100KV的直流高压静电发生器。(2)溶液储存装置：可以使用注射器或储液管等，其中装满聚合物溶液。(3)喷射装置：喷射装置为内径0.5～2mm的毛细管或注射器针头。可通过在溶液储存装置中安装空气泵调节液体静压力，或用数控机械装置缓慢推动注射器的方法使聚合物溶液在喷丝口形成液滴。(4)收集装置(本实施例采用接收棒)：可以根据实验结果的要求选择金属平板、网格或者滚筒、钢棒。利用不同形状的收集装置，可以制成各种性质的无纺布产品。收集装置接地，这样由于喷嘴和收集装置间的电势差异，在二者之间形成高电场。电场强度可由高压静电发生器的输出值及喷射装置与收集装置间的距离控制。
本发明纳米超细纤维人工血管的制备方法采用上述地电纺丝装置来制备人工血管，方法如下：
(1)以质量比3∶7的N，N-二甲基甲酰胺和四氢呋喃混合溶液作为溶剂，制备质量分数为10％的聚氨酯纺丝液，静置脱泡；
(2)将上述配好的纺丝液装于电纺丝装置的溶液储存装置中，调节纺丝液流量速度为1.30ml/h；
(3)根据制备要求选择不同直径的接收棒；
(4)调节电纺丝装置的喷射装置和接收棒之间的距离为15cm；
(5)将接收棒接地；
(6)打开高压静电发生器，设定静电纺丝电压为20KV，通过高压电源提供喷射装置与收集装置间的强电场，等待8.2～4h后，断开电源，卸下接收棒，取下人工血管。
该方法制得的纳米超细纤维人工血管在机械稳定性、细胞亲和性、压力顺应性方面较高，综合性能测定显示良好前景。制得的纳米聚氨酯纤维直径达200-400nm，人工血管平均孔隙率达80％，最大载荷19.94N，抗拉强度7.81MPa，断裂伸缩率168.28％，断裂强度6.43MPa。纳米超细纤维人工血管从分子和细胞水平上控制生物材料与细胞间的相互作用，引发特异性细胞反应，非常有利于组织再生与修复。由纳米纤维层层堆积而成的结构也确保了人工血管具有良好的孔道连通性，纳米纤维具有的极大的比表面积，为细胞的生存提供了良好的微环境，有利于细胞的粘附、分化、增殖和分泌ECMs。本课题人工血管融合传统血管工程和组织工程化血管研究的优势，具有良好的抗凝、抗破裂和血流动力学特性，实用性强。柔软、弹性的聚氨酯血管可有效传导血流搏动信号，利于血管结构和强度塑型。采用了包括内皮细胞、成纤维细胞/肌成纤维细胞等内源性细胞募集，避免细胞生物安全性和伦理障碍。利用纳米纤维调整孔隙率，利于内外层物质交换和细胞信号传导，避免细胞向内皮下层迁移增殖造成血管腔狭窄。并且创造性提出以RGD多肽和CD34+抗体等修饰的载药纳米粒修饰纳米人工材料，一方面提高游离内皮细胞被人工材料捕获的几率并促进增殖；同时采用纳米粒携带一定量的抗凝剂等，降低人工材料临床使用时常见副反应。