一种三层结构小口径仿生血管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三层结构小口径仿生血管及其制备方法。本发明专利技术采用编织蚕丝纤维作为仿生血管的内层，模拟人体血管胶原的结构和性能，通过静电纺丝聚氨酯纤维作为外层以模拟血管弹性蛋白的结构和性能。此外，还采用聚丙烯酰胺水凝胶作为中间层来进一步提高仿生血管的弹性，并同时提高仿生血管的爆破压，防止使用过程中血液的渗透。本发明专利技术不仅能够模拟人体血管的微观三层结构，而且能够模拟人体血管特殊的非线性机械性能。此外，仿生血管的原材料具有良好的细胞相容性且可降解，适用于组织工程中的血管修复和再生。因此，本发明专利技术制备的三层结构小口径仿生血管具有广阔的潜在实用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种三层结构小口径仿生血管及其制备方法
本专利技术涉及仿生血管
，更具体地，涉及一种三层结构小口径仿生血管及其制备方法。
技术介绍
近年来，数以万计的病人在遭受心脑血管疾病的折磨。组织工程的目的就是为病损的组织或者器官提供再生资源，为各种疾病提供可靠的疗法。血管组织工程的目标是制备出可植入体内的功能性的血管来取代病变的血管，从而帮助新的血管的再生。大直径的合成血管如Dacron公司的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和Gore公司生产的膨体聚四氟乙烯(ePTFE)已经被成功的用在血液高速流动的主动脉上如胸、腹主动脉。然而，目前广泛使用的合成血管并不能满足小直径血管的需求。原因在于，当这些小直径的血管植入体内时，极易形成血栓并导致血管内膜增生。因此，目前亟待制备出功能性的小直径血管来满足日益增长的心血管疾病的需求。人体血管结构包含三层结构，即内膜、中膜和外膜。每一层是由不同的细胞构成的。理想的血管应具有与人体血管相类似的三层微观结构以促进不同细胞在血管上的逐步再生。此外，制备的血管组织工程支架需要能够仿生人体血管的机械性能以满足血液正常流动的需求和移植手术的需求。人体血管主要包括了弹性蛋白和胶原两种蛋白质，其中弹性蛋白具有高弹性，能够传递血压并维持血管的正常膨胀与收缩；胶原纤维是一种具有三螺旋结构的蛋白质，其具有较高的力学性能。因此，模仿人体血管中弹性蛋白和胶原的组成及结构是仿生血管机械性能的重要方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术中仿生血管结构和功能上的不足，提供与天然血管结构类似、功能相近的一种基于生物可降解材料的三层结构小口径仿生血管及其制备方法。本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：一种三层结构小口径仿生血管，内层为网状结构的蚕丝纤维，中层为聚丙烯酰胺水凝胶，外层为聚氨酯纳米纤维。人体血管主要包括了弹性蛋白和胶原两种蛋白质，其中弹性蛋白具有高弹性，能够传递血压并维持血管的正常膨胀与收缩，胶原纤维是一种具有三螺旋结构的蛋白质，其具有较高的力学性能。人体内的天然血管壁含有胶原纤维、弹性纤维，以及一层弹性蛋白组成的膜。蚕丝蛋白同样具有三螺旋结构，蚕丝纤维表现出极强的拉伸性能，可仿生人体血管内胶原纤维的结构和性能。并且，编织蚕丝纤维作为血管组织的内层以模拟人体胶原在人体血管中的机械性能，其纤维和人体血管内胶原纤维一致，在低压膨胀阶段，编织蚕丝纤维首先向径向延伸，不体现强度，在承受高压状态时，则体现出较高强度。编织蚕丝为多孔结构，有利于人体组织内表皮前体细胞可以在蚕丝孔隙中分化、生长，提高蚕丝与人体组织的融合度。人体天然血管壁的外膜由结缔组织组成，结缔组织细胞以成纤维细胞为主，另外含有密集的弹性纤维和胶原纤维，具有高弹性且能够传递血压并维持血管的正常膨胀与收缩。聚氨酯具有优良的柔韧性和生物相容性而广泛应用于生物医用材料。不同于其他结晶型生物可降解高分子材料，聚氨酯一般为无定形态，表现出良好的弹性，能够仿生许多人体软组织的性能。聚氨酯纳米纤维作为血管组织外层，可以模拟弹性蛋白的结构和性能，其多孔结构能够模拟人体细胞外基质微观环境，有利于人体组织细胞在仿生血管的孔隙中生长，使人体组织与血管逐步融合，随着聚氨酯材料在人体中逐步降解，仿生血管与人体组织逐步变为一体。天然血管的中膜以弹性膜和平滑肌为主，平滑肌可以产生胶原纤维、弹性纤维和基质。中膜的弹性纤维具有使血管回缩作用，胶原纤维起维持张力作用，具有支持功能。聚丙烯酰胺水凝胶是一种具有良好生物相容性的可降解高弹性材料。聚丙烯酰胺水凝胶是含有水的三维网络聚合物，具有表面摩擦系数低、高弹性、高渗透性、可与外界环境之间进行物质交换和良好的生物相容性等优点。良好的生物相容性有利于细胞在水凝胶内生长，生长过程中水凝胶内的水分逐渐被体液替代，可进一步促进细胞繁殖；此外，水凝胶中的体液环境也有利于氧气、二氧化碳及营养物质的交换。聚丙烯酰胺水凝胶良好的弹性可促进血压的传递及仿生血管的回复。由于蚕丝和聚氨酯内外层都为多孔结构，在血压作用下可能造成意外性失血，采用聚丙烯酰胺水凝胶作为中间层可进一步提高仿生血管的弹性，并同时提高其爆破压，防止使用过程中血液的渗透。所述的蚕丝纤维、聚氨酯及聚丙烯酰胺对人体无毒，具有良好的生物相容性和生物可降解性能，并且有利于细胞的粘附，增殖，促进血管再生。根据本专利技术所述的三层结构小口径仿生血管，提供其制备方法，制备步骤为：S1.用蚕丝纤维在圆管外编织网状的内层环形结构；S2.在步骤S1编织的蚕丝外用空心柱状模具浇注聚丙烯酰胺水凝胶前驱液，交联聚丙烯酰胺水凝胶前驱液，获得蚕丝纤维/聚丙烯酰胺水凝胶管的双层结构；S3.在步骤S2所得双层结构的蚕丝纤维/聚丙烯酰胺水凝胶管外，制备聚氨酯纳米纤维外层结构，得三层结构小口径仿生血管。进一步地，步骤S1所述内层网状蚕丝纤维环形直径为2～5mm，厚度为100～200μm；步骤S2所述聚丙烯酰胺水凝胶管径厚为400～600μm；步骤S3所述聚氨酯纳米纤维直径为50～150nm，厚度为50～150μm。特别地，制备管状血管的内径，以及内层网状蚕丝纤维厚度，聚丙烯酰胺水凝胶厚度、及聚氨酯纳米纤维厚度可根据所需要仿生的不同部位人体血管的基本参数进行优化设计。进一步地，步骤S2中所述聚丙烯酰胺水凝胶前驱液的制备步骤为：选用丙烯酰胺单体，亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂，过硫酸铵作为引发剂，四甲基乙二胺作为交联加速剂，磷酸缓冲液作为溶剂。用丙烯酰胺与磷酸缓冲液配成丙烯酰胺溶液，在丙烯酰胺溶液中加入亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵，溶解后加入四甲基乙二胺，充分搅拌后获得聚丙烯酰胺水凝胶前驱液。进一步地，所述丙烯酰胺溶液浓度为2mol/L，亚甲基双丙烯酰胺添加量为丙烯酰胺质量的0.06％，过硫酸铵添加量为丙烯酰胺质量的0.17％，四甲基乙二胺添加量为丙烯酰胺质量的0.25％。进一步地，步骤S2中所述交联方式为紫外线交联或加热交联。进一步地，所述的紫外线交联的照射时间30～60min；所述加热交联为温度40～60℃，加热时间20～60min。紫外线交联和加热交联可以保证聚丙烯酰胺交联，既提高了聚丙烯酰胺水凝胶的机械性能，又保证了仿生血管的对人体的无害性。交联时间过短，聚丙烯酰胺水凝胶的机械性能达不到最优效果，交联时间过长，聚丙烯酰胺水凝胶的弹性下降，脆性增加。聚丙烯酰胺水凝胶过度交联影响血管的物质交换。进一步优选地，所述的紫外线交联的照射时间为40min；所述加热交联为温度为50℃，加热时间为40min。通过以上方法制备的聚丙烯酰胺水凝胶，弹性好，能满足人体血管要求；制备的水凝胶网络交联适合，在血管承受高压时不会渗出血液，又不会影响物质交换，并且又能使人体细胞在聚丙烯酰胺水凝胶交联网络孔隙中生长，进一步使人体组织细胞透过孔隙与仿生血管内层的蚕丝相融合，使人体组织细胞与仿生血管融合为一体。紫外线交联无需加热，可以更好的控制聚丙烯酰胺水凝胶的含水量，且紫外线交联获得的聚丙烯酰胺水凝胶尺寸稳定性高。进一步优选地，所述交联方法为紫外线交联。进一步地，步骤S3中所述聚氨酯纳米纤维外层结构采用静电纺丝，步骤为：以蚕丝纤维/聚丙烯酰胺水凝胶管的双层结构作为收集装置，将聚氨酯溶液直接纺丝覆盖蚕丝纤维/聚丙烯酰胺水凝胶管的双层结构表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三层结构小口径仿生血管，其特征在于，内层为网状结构的蚕丝纤维，中层为聚丙烯酰胺水凝胶，外层为聚氨酯纳米纤维。

【技术特征摘要】
1.一种三层结构小口径仿生血管，其特征在于，内层为网状结构的蚕丝纤维，中层为聚丙烯酰胺水凝胶，外层为聚氨酯纳米纤维。2.根据权利要求1所述三层结构小口径仿生血管，其特征在于，制备步骤包括：S1.用蚕丝纤维在圆管外编织网状的内层环形结构；S2.在步骤S1编织的蚕丝外用空心柱状模具浇注聚丙烯酰胺水凝胶前驱液，交联聚丙烯酰胺水凝胶前驱液，获得蚕丝纤维/聚丙烯酰胺水凝胶管的双层结构；S3.在步骤S2所得双层结构的蚕丝纤维/聚丙烯酰胺水凝胶管外，制备聚氨酯纳米纤维外层结构，得三层结构小口径仿生血管。3.根据权利要求2所述三层结构小口径仿生血管，其特征在于，步骤S1所述网状内层环形结构内径为2~5mm，厚度为100~200µm；步骤S2所述聚丙烯酰胺水凝胶管径厚为400~600µm；步骤S3中聚氨酯纳米纤维直径为50~100nm，厚度为50~150µm。4.根据权利要求2所述三层结构小口径仿生血管，其特征在于，步骤S2中所述聚丙烯酰胺水凝胶前驱液的制备步骤为：用丙烯酰胺与磷酸缓冲液配置成丙烯酰胺溶液，在丙烯酰胺溶液中加入亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵，溶解后加入四甲基乙二胺，充分搅拌后获得聚丙烯酰胺水凝胶前驱液。5.根据权利要求5所述的聚丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：米皓阳，经鑫，刘跃军，童立生，
申请(专利权)人：湖南工业大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43