CN101703796B - 纳米纤维人工血管修饰内层及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米纤维人工血管修饰内层及制备方法,方法是:(1)将明胶溶解在冰醋酸中,制成溶液;(2)取溶液与交联剂的水溶液混匀使其预交联,并加入肝素钠水溶液,制成纺丝原液,装入静电纺丝设备中,将纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;(3)将纳米纤维无纺膜管从收集辊上取下,浸泡于后交联剂的水溶液中或蒸汽中,进行后交联处理,即制成纳米纤维人工血管修饰内层。本发明的方法在静电纺丝前对明胶溶液进行预交联处理,提高溶液黏度;控制纺丝前后交联反应条件,可以消除先纺丝再交联的传统方法得到的纤维膜收缩和卷曲率过大的弊端,从而保证其作为人工血管修饰内层的尺寸和形态等方面的要求。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料生物医学应用领域,涉及一种人工血管修饰内层。
背景技术
由于人体血管严重损伤后,自体修复能力差而无法快速痊愈,因此近些年来人工血管越来越受到人们的关注。到目前为止,人们已经开发出多种材料的人工血管,如聚氨酯、聚乳酸、聚四氟乙烯、尼龙等。随着技术的发展,人们开始对这些材料进行内层修饰,构建可供内皮细胞粘附和生长的环境,以提高生物相容性。经过内层修饰的人工血管植入体内后,随着内皮细胞的粘附,逐渐生长出自体细胞和组织,最终使其结构和功能趋近于自体血管,从而获得理想的中远期通畅率和抗感染性能。目前人工血管的研究内容主要是选用具有良好生物性能的天然及合成高聚物,通过不同的方法构建成纳米纤维血管或对其内层进行修饰,体外引导种子细胞增殖、扩展和分化,最后移入人体内后实现自体血管的重建与再生。
修饰内层的材料组成直接影响着人工血管的生物性能。天然生物高分子的生物相容性好,常表现出促进细胞粘附、生长等生物活性,成为构建组织工程支架修饰内层的首选。多糖类物质(如纤维素、甲壳素、壳聚糖及透明质酸等)、蛋白类物质(如胶原、明胶、丝素蛋白、弹性蛋白及纤维蛋白等)都属于这类生物高分子的范畴。
明胶、胶原等用作修饰内层材料时,因其降解速度过快,不能满足实际需要,人们通过交联的方法来降低其降解速度,包括物理交联方法和化学交联方法。物理交联方法是经过X-射线以及电弧放电照射后,使明胶转化为不溶的物质;化学交联方法是利用含有两个或两个以上官能团的交联剂使明胶发生交联,常用的交联剂有戊二醛、京尼平等。其中化学交联的方法更为常用。但明胶膜交联后剧烈收缩、卷曲,不利于得到平展的明胶膜,并且这一问题尚未得到有效解决。
除了利用天然生物高分子制备血管修饰内层外,利用肝素接枝在合成高分子材料表面以提高材料生物相容性方面的研究也一直受到人们的重视。肝素和许多生物学上重要蛋白质都有特殊亲和力,与细胞的黏附、识别、迁移以及调节各种酶的活性有关,是一种具有抗凝、抗炎、抗过敏、抗病毒、调节血脂、调节生长因子等多种生物学功能的物质。
在众多构建纳米纤维血管的方法中,静电纺丝法能够直接形成所需口径的管状结构,近年来许多研究者利用静电纺丝法制备生物高分子纳米纤维。静电纺丝方法制备的纤维直径可达纳米级,且纤维无规则堆砌形成大量微孔结构,使无纺膜具有更大的比表面积。这种结构能够模仿细胞外基质的结构,为内皮细胞的粘附和生长提供良好的生物环境,促进细胞内外物质的传递与交换,为自体血管的再生和重建提供了可能性。另外改变各种工艺参数及条件,包括改变聚合物溶液性质如浓度、粘度、离子强度、电导率、表面张力等,以及电纺工艺条件如电场强度、喷丝头的直径、溶液流速等,可制备几何结构形态不同的电纺纳米纤维膜。因此可以通过改变聚合物组成和静电纺丝的工艺参数来满足形态学、力学、生物学等方面的各种性能要求。因此生物高分子电纺纤维用作骨、血管、皮肤等组织工程支架或修饰内层有着独特的优势。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足,提供了一种具有良好组织相容性的纳米纤维人工血管修饰内层。
本发明的第二个目的是提供一种纳米纤维人工血管修饰内层的制备方法。
本发明的技术方案概述如下:
纳米纤维人工血管修饰内层,是用下述方法制成:
(1)将明胶、胶原、丝素蛋白、弹性蛋白或纤维蛋白溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15~30%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与0.001~2mL质量百分浓度为10%~60%的交联剂的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL~10mL的质量浓度为0.9%~3.0%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝方法,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为1%~50%后交联剂的水溶液中4-24小时或置于蒸汽中10-24小时进行后交联处理,即制成纳米纤维人工血管修饰内层。
所述交联剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平、二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、葡聚糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖。
所述后交联剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平、二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、葡聚糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖。
所述收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动。
纳米纤维人工血管修饰内层的制备方法,是由如下步骤组成:
(1)将明胶、胶原、丝素蛋白、弹性蛋白或纤维蛋白溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15%~30%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与0.001~2mL质量百分浓度为10%~60%的交联剂的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL~10mL的质量浓度为0.9%~3.0%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝方法,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为1%~50%后交联剂的水溶液中4-24小时或置于蒸汽中10-24小时进行后交联处理,即制成纳米纤维人工血管修饰内层。
所述交联剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平、二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、葡聚糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖。
所述后交联剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平、二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、葡聚糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖。
所述收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动。
本发明具有以下明显的有益效果:
本发明方法在静电纺丝前对明胶、胶原、丝素蛋白、弹性蛋白或纤维蛋白等物质的溶液进行预交联处理,提高溶液黏度,控制纺丝前后交联反应条件,可以消除先纺丝再交联的传统方法得到的纤维膜收缩和卷曲率过大的弊端,从而保证其作为人工血管修饰内层的尺寸和形态等方面的要求。
本发明通过改变原料组成及静电纺丝工艺参数,调控纳米纤维人工血管修饰内层的直径和壁厚,因此可针对不同个体的自体内皮细胞的粘附、增殖和分化速度,制备具有不同壁厚、内层纤维孔隙率及纤维平均直径的人工血管修饰内层,从而更好地促进自体血管内皮化的进行。
附图说明
图1为静电纺丝设备示意图;
图2为纳米纤维人工血管修饰内层的扫描电镜图;
图3含有纳米纤维人工血管修饰内层的聚氨酯人工血管植入狗颈部动脉搭桥手术照片。
图1中:1-微量注射泵;2-注射器;3-纺丝原液;4-高压电源;5-射流;6-电纺纤维;7-收集辊、8-针头
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明技术方案及其效果做进一步说明:
实施例1
纳米纤维人工血管修饰内层,用下述方法制成:
(1)将明胶溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与1mL质量百分浓度为50%的戊二醛水溶液混匀使其预交联,并加入5mL的质量浓度为0.9%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,采用静电纺丝设备如图1所示,将纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺(工艺参数:电压15kV,接收距离15cm,溶液流率为0.6mL/h,收集辊转速为100r/min,针头为5号针),连续静电纺丝5h,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将纳米纤维无纺膜管从收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为1%的戊二醛水溶液中4小时,进行后交联处理,取出后用无水乙醇清洗三次,在-50℃条件下冷冻干燥24小时,即制成一种直径为5mm,长度为15cm,壁厚为0.4mm,纤维直径为60~360nm,孔隙率约为60%,平均孔径为2μm纳米纤维人工血管修饰内层。
收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动。
本实例中的纳米纤维人工血管修饰内层,其交联度随交联浸泡时间的延长而逐渐提高,交联后材料的降解速度变慢。
所得纳米纤维人工血管修饰内层的扫描电镜图片见图2。纤维直径在60-360nm之间,纤维比较均匀,纤维层层重叠。
实施例2
纳米纤维人工血管修饰内层,用下述方法制成:
(1)将明胶溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与2mL质量百分浓度为10%的京尼平的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL的质量浓度为1.5%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,采用静电纺丝设备如图1所示,将纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺(工艺参数:电压15kV,接收距离15cm,溶液流率为0.6mL/h,收集辊转速为100r/min,针头为6号针),连续静电纺丝5h,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为10%的京尼平的水溶液中24小时,进行后交联处理,取出后用无水乙醇清洗三次,在-50℃条件下冷冻干燥24小时,即制成一种直径为5mm,长度为15cm,壁厚为0.4mm,纤维直径为150~360nm纳米纤维人工血管修饰内层。
实施例3
纳米纤维人工血管修饰内层,用下述方法制成:
(1)将胶原溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与1.2mL质量浓度为50%的丁二醛的水溶液使其预交联,并加入10mL质量浓度为1.5%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将纺丝原液将入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺(工艺参数:电压15kV,接收距离15cm,溶液流率为0.6mL/h,收集辊转速为100r/min,针头为6号针),连续静电纺丝8h,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;收集辊匀速转动并相对于纺丝喷嘴做轴向匀速运动;
(3)将纳米纤维无纺膜管从收集辊上取下,浸泡在质量百分浓度为1.5%的丁二醛的水溶液中18小时,取出后用无水乙醇清洗三次,在-50℃条件下冷冻干燥24小时,制成一种直径为5mm,长度为15cm,血管管壁厚度为0.6mm的纳米纤维人工血管修饰内层。
本实例中所述的纳米纤维人工血管修饰内层,其交联度随交联浸泡时间的延长而逐渐提高,降解速度变慢。
实施例4
纳米纤维人工血管修饰内层,是用下述方法制成:
(1)将丝素蛋白溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与0.1mL质量百分浓度为50%的碳化二亚胺的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL的质量浓度为3.0%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为20%的碳化二亚胺的水溶液中20小时进行后交联处理,即制成一种纳米纤维人工血管修饰内层。
收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,收集辊沿轴做匀速转动。
实施例5
纳米纤维人工血管修饰内层,是用下述方法制成:
(1)将弹性蛋白溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为20%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与0.01mL质量百分浓度为50%的丙二醛的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL质量浓度为0.9%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为30%的丙二醛的水溶液中8小时进行后交联处理,即制成一种纳米纤维人工血管修饰内层。
所述收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动。
实施例6
纳米纤维人工血管修饰内层,是用下述方法制成:
(1)将纤维蛋白溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为25%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与1mL质量百分浓度为60%的葡聚糖的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL的质量浓度为2.0%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为50%的葡聚糖的水溶液中6小时进行后交联处理,即制成一种纳米纤维人工血管修饰内层。
所述收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动。
本实施例还可以选用二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖或氧化葡聚糖替代葡聚糖作交联剂。
本实施例还可以选用二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖替代本实施例步骤(3)中的葡聚糖作为后交联剂。
实施例7
纳米纤维人工血管修饰内层,是用下述方法制成:
(1)将明胶溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为30%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与1.5mL质量百分浓度为30%的氧化葡萄糖的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL的质量浓度为1.0%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,置于10小时蒸汽中,进行后交联处理,即制成一种直径为3~6mm,长度为5~15cm,壁厚为0.3~1mm,平均纤维直径为200nm,纳米纤维人工血管修饰内层。
实施例8
纳米纤维人工血管修饰内层,是用下述方法制成:
(1)将明胶溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为30%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与1.5mL质量百分浓度为30%的氧化葡萄糖的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL的质量浓度为1.0%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,置于24小时蒸汽中,进行后交联处理,即制成一种直径为3~6mm,长度为5~15cm,壁厚为0.3~1mm,平均纤维直径为200nm,纳米纤维人工血管修饰内层。
所述收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动。
图3是含有纳米纤维人工血管修饰内层的聚氨酯人工血管植入狗颈部动脉搭桥手术照片,将所述人工血管植入狗颈部动脉进行动物实验,6个月内狗全部成活,血液畅通,没有发现凝血和血栓形成。这说明所述人工血管修饰内层性能良好。
实施例9
含有纳米纤维人工血管修饰内层的聚氨酯人工血管的制备:
(1)将明胶溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与1mL质量百分浓度为50%的戊二醛水溶液混匀使其预交联,并加入5mL的质量浓度为0.9%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,采用静电纺丝设备如图1所示,将纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺(工艺参数:电压15kV,接收距离15cm,溶液流率为0.6mL/h,收集辊转速为100r/min,针头为5号针),连续静电纺丝5h,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;所述收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动,纳米纤维无纺膜管口径为5mm,长度为15cm,壁厚度为0.6mm;
(4)将聚氨酯CorethaneTM溶解于质量比为100∶100的四氢呋喃(THF)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中,制成质量分数为20%的聚氨酯纺丝原液,将聚氨酯纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝工艺(工艺参数:电压15kV,接收距离15cm,溶液流率为0.6mL/h,收集辊转速为100r/min,针头为5号针),连续静电纺丝4h,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的聚氨酯纤维在收集有纳米纤维无纺膜管收集辊上继续收集,形成聚氨酯纤维无纺膜管结构;
(5)将覆盖有聚氨酯纤维无纺膜管结构的纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下后浸泡于质量百分浓度为1.5%戊二醛的水溶液中6小时,进行后交联处理,取出后用无水乙醇清洗三次,在-50℃条件下冷冻干燥24小时,即制成一种纳米纤维人工血管。
Claims (4)
1.纳米纤维人工血管修饰内层,其特征是用下述方法制成:
(1)将明胶、胶原、丝素蛋白、弹性蛋白或纤维蛋白溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15~30%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与0.001~2mL质量百分浓度为10%~60%的交联剂的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL~10mL的质量浓度为0.9%~3.0%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝方法,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为1%~50%后交联剂的水溶液中4-24小时或置于蒸汽中10-24小时进行后交联处理,即制成纳米纤维人工血管修饰内层;
所述交联剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平、二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、葡聚糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖;
所述后交联剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平、二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、葡聚糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖。
2.根据权利要求1所述的一种纳米纤维人工血管修饰内层,其特征是所述收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动。
3.纳米纤维人工血管修饰内层的制备方法,其特征由如下步骤组成:
(1)将明胶、胶原、丝素蛋白、弹性蛋白或纤维蛋白溶解在冰醋酸中,制成质量浓度为15%~30%的溶液;
(2)取步骤(1)制备的溶液20mL,与0.001~2mL质量百分浓度为10%~60%的交联剂的水溶液混匀使其预交联,并加入5mL~10mL的质量浓度为0.9%~3.0%的肝素钠水溶液,制成纺丝原液,将所述纺丝原液装入静电纺丝设备中,采用静电纺丝方法,将静电纺丝设备中纺丝喷嘴喷出并成形的纤维收集在收集辊上形成纳米纤维无纺膜管;
(3)将所述纳米纤维无纺膜管从所述收集辊上取下,浸泡于质量百分浓度为1%~50%后交联剂的水溶液中4-24小时或置于蒸汽中10-24小时进行后交联处理,即制成纳米纤维人工血管修饰内层;
所述交联剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平、二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、葡聚糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖;
所述后交联剂为戊二醛、碳化二亚胺、京尼平、二乙烯基砜、甲醛、乙二醛、丙二醛、丁二醛、己二醛、庚二醛、辛二醛、壬二醛、癸二醛、葡萄糖、葡聚糖、氧化葡萄糖或氧化葡聚糖。
4.根据权利要求3所述的一种纳米纤维人工血管修饰内层的制备方法,其特征是所述收集辊的轴垂直于纺丝喷嘴开口方向,所述收集辊沿轴做匀速转动。
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