CN102008755A - 一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管及其制备 - Google Patents
一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管及其制备 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管及其制备方法，属于生物医学工程领域。本发明的人工血管由聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯通过带有搅拌器的静电纺丝装置制备而成。制得的人工血管是一种带有微孔结构的管状物。人工血管中聚氨酯的加入在不破坏聚对苯二甲酸乙二酯材料强力的条件下提高血管的弹性，增加人工血管的顺应性，达到临床使用的要求。本发明的聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯人工血管具有强力高、弹性和顺应性大、生物相容性好，抗凝血性强，细胞粘附性大，能够满足大、小口径人工血管临床使用的要求。本发明的制备工艺简单、实用、适应各种不同力学性能要求人工血管的制备。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管及其制备方法，属于生物医学工程领域。
背景技术
人体内的血液循环为各个器官输送营养和氧气，收集人体内的废物并将其排除体内。血管负责将心脏与其他组织连接起来，为血液的流动提供通道，调整循环系统的局部平衡。当人体血管出现破损或堵塞时，血液无法继续为局部的组织提供营养和氧气，导致组织坏死，最终威胁到人体的生命。因而，血管由于动脉硬化，老化或破损不能正常工作时，需要采用人工血管进行置换、搭桥或介入等外科手术进行治疗。
继1952年Voorhees成功的将多孔结构维纶人工血管应用在动物体内后，许多科研工作者研究出各种新材料和各种新型加工方法，并应用在人工血管中，推动了人工血管研究的快速发展。目前，涤纶和膨化聚四氟乙烯制备的大口径(＞6mm)人工血管已经在临床上应用，并取得了一定效果。
涤纶是由聚对苯二甲酸乙二酯通过熔融纺丝方法而获得。使用织造(机织或针织)的方法将涤纶长丝制备成大口径人造血管。涤纶具有很高的强力能够满足人工血管强力的要求，但是弹性较差，制备的人工血管在径向上的弹性和顺应性无法与人体真实血管相匹配，在使用中容易导致组织增生而使血管堵塞。采用织造的方法制备涤纶人工血管主要目的是为了改善涤纶人工血管的弹性，增加血管表面孔隙率和提高内皮细胞的粘附能力。通过织造方法获得的涤纶人造血管在外力的作用下可以发生变形，增加血管的弹性。但是由织造方法获得的血管在弹性上的改善程度是有限的，仍然无法满足小口径人工血管使用的要求及进一步提高大口径人工血管长时间通畅率的目标。为了进一步提高涤纶人工血管的长时间通畅率，降低血管移植后出现组织增生的机率，通过其他方法来增加涤纶人工血管的弹性和顺应性是十分必要的。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的在于制备一种具有良好弹性的人工血管，达到临床使用的要求。为了实现上述目的本发明的技术方案为：
一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管，人工血管是指由聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯混合溶液通过静电纺丝装置制备形成的具有微孔结构的管状物，其中，人工血管的组份为
聚对苯二甲酸乙二酯 60-95份
聚氨酯 5-40份
其中，所述的聚氨酯为CorethaneTM、
80A、90A、Chronoflex AR、Chronoflex CL、
Elast Eon、Cardiomat或Avcothane。
所述人工血管的内径为1mm～30mm；
所述人工血管的壁厚为100μm～1.5mm；
聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管的制备过程如下：
a溶液的制备：
将聚对苯二甲酸乙二酯60-95份和聚氨酯5-40份共同溶于六氟异丙醇溶剂中，经过充分搅拌至完全溶解，制成质量分数为5～12％的纺丝原液；
b人工血管的制备：
将经a制备的纺丝原液装入到带有搅拌器的静电纺丝装置中，采用滚筒模具作为接受装置，纺丝原液被搅拌器搅拌的过程中经纺丝喷嘴以0.1-2ml/h的速度喷出，进入电压为15-25Kv，距离为50-300mm的高压电场区，形成聚对苯二甲酸乙二酯和聚氨酯的复合纤维，收集在做旋转和直线往复运动的滚筒模具上，形成带有微孔的人工血管结构，
其中，所述复合纤维直径为50nm～100μm；
所述搅拌器的转速为10～50转/min；
所述滚筒模具的旋转速度为10～100转/min；
所述滚筒模具的直线往复运动的速度为100mm/min～500mm/min。
所述的滚筒模具的轴线垂直于静电纺丝设备的喷嘴。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在10～30℃的蒸馏水中浸泡3～6h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到40～60℃真空条件下进行干燥，干燥6～10h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
由于采用以上技术方案，本发明制备的聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管主要成份为聚对苯二甲酸乙二酯和聚氨酯，其中聚对苯二甲酸乙二酯材料是一种具有很好强力和很好耐磨性的材料，而聚氨酯材料是一种具有良好弹性的材料，将两种具有不同力学特性的材料混合在一起制备成产品可以弥补单一材料产品的缺点，因此本发明制备的聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯人工血管具有良好的弹性和力学性能，能够满足临床使用的要求，可以克服临床中使用的涤纶人工血管弹性差的难题。在人工血管加工过程，使用搅拌器一边对纺丝原液进行搅拌，一边进行纺丝，实现了聚对苯二甲酸乙二酯和聚氨酯两种材料混合与纺丝的同步，保持两种材料混合均匀，防止出现分层。搅拌器的速度控制在10～50转/min，既可以起到使聚合物混合均匀的作用，同时也不会影响纺丝速度。制备的每根纳米纤维中既含有具有很好强度的聚对苯二甲酸乙二酯材料，同时也含有具有很好弹性的聚氨酯。人工血管中聚氨酯含量的多少决定了血管的弹性。血管中聚氨酯含量越高，血管的弹性越好。但是随着聚氨酯含量的增加，血管的拉伸强度下降，因此人工血管中聚氨酯的含量不适宜超过40％。制备的人工血管主要用在临床上替换人体内损坏的自然血管，人工血管的内径必须与人体自然血管的直径保持一致。本发明中主要依靠旋转滚筒的直径来控制血管的内径，通过更换不同直径的滚筒模具达到制备不同内径的人工血管。血管壁的厚度是由加工时间来决定。在加工过程中，纺丝的速度恒定，纺丝时间越长，滚筒表面接受到的聚合物越多，人工血管的壁厚也越厚。人体真实血管的壁厚一般为100μm～1.5mm，通过控制纺丝速度和纺丝时间获得与人体血管壁厚相似的厚度。旋转和直线往复运动的滚筒模具是人造血管的接受装置，直接决定了血管的形状和壁厚的均匀程度。滚筒的转速为10～100转/min和直线往复运动的速度为100mm/min～500mm/min可以保证获得具有壁厚均匀的人工血管。由于本发明采用临床使用的涤纶材料和具有良好生物相容性和抗凝血性的聚氨酯材料，因此制备的复合人工血管具有很好的生物相容性，抗凝血性，细胞粘附性，弹性和顺应性，能够满足临床使用的要求。
本发明的聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯人工血管具有强力高、弹性和顺应性大、生物相容性好，抗凝血性强，细胞粘附性大，能够满足大、小口径人工血管临床使用的要求。本发明的制备工艺简单、实用、适应各种不同力学性能要求人工血管的制备。
附图说明
附图是制备聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯人工血管的静电纺丝装置结构示意图
其中 微量注射泵1 溶液缸2 搅拌器3 纺丝原液4 喷嘴5 高压电场区6滚筒模具7
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管，人工血管是指由聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯混合溶液通过静电纺丝装置制备形成的具有微孔结构的管状物，其中，人工血管的组份为
聚对苯二甲酸乙二酯 60-95份
聚氨酯 5-40份
其中，所述的聚氨酯为CorethaneTM、80A、90A、Chronoflex AR、Chronoflex CL、
Elast Eon、Cardiomat或Avcothane。
聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管的制备过程如下：
a溶液的制备：
将聚对苯二甲酸乙二酯60-95份和聚氨酯5-40份共同溶于六氟异丙醇溶剂中，经过充分搅拌至完全溶解，制成质量分数为5～12％的纺丝原液4；
b人工血管的制备：
将经a制备的纺丝原液4装入到带有搅拌器3的静电纺丝装置的溶液缸2中，搅拌器3置于溶液缸2中，搅拌器3以10～50转/min的转速对纺丝原液4进行搅拌，使纺丝原液4中的聚对苯二甲酸乙二酯和聚氨酯均匀混合，人工血管结构成形采用滚筒模具7作为接受装置，滚筒模具7位于静电纺丝装置喷嘴5的下方，其轴线垂直于静电纺丝装置的喷嘴5，滚筒模具7的旋转速度10～100转/min，滚筒模具7的直线往复运动速度为100mm/min～500mm/min，纺丝原液4在搅拌器3搅拌的过程中被微量注射泵1从溶液缸2中以0.1-2ml/h的速度经喷嘴5推出，进入电压为15-25Kv，距离为50-300mm的高压电场区6，形成聚对苯二甲酸乙二酯和聚氨酯的复合纤维，复合纤维收集在做旋转和直线往复运动的滚筒模具7上，收集到的复合纤维直径为50nm～100μm，形成内径为1mm～30mm和壁厚为100μm～1.5mm人工血管结构，人工血管结构的内径直接由滚筒模具的直径来决定，人工血管结构的壁厚与时间有关，纺丝速度恒定的前提条件下，滚筒模具收集纤维的时间越长，获得人工血管结构的壁厚越厚。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在10～30℃的蒸馏水中浸泡3～6h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到40～60℃真空条件下进行干燥，干燥6～10h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。。
下面结合上述聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管的制备方法就具体实施例作进一步阐述。
具体实施例
实施例一
a在精密电子天平上称取4.75g聚对苯二甲酸乙二酯和0.25g聚氨酯(CorethaneTM)，充分溶解在95g六氟异丙醇中，获得浓度为5％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为95/5。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以10转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为1mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为10转/min，直线往复运动的速度为100mm/min。微量注射泵以0.1ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为15KV，电场距离为50mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为100μm的复合纤维6h，形成内径为1mm，壁厚为100μm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在10℃的蒸馏水中浸泡3h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到40℃真空条件下进行干燥，干燥6h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
实施例二
a在精密电子天平上称取8g聚对苯二甲酸乙二酯和2g聚氨酯(
80A)，充分溶解在90g六氟异丙醇中，获得浓度为10％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为80/20。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以50转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为30mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为100转/min，直线往复运动的速度为500mm/min。微量注射泵以0.1ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为25KV，电场距离为300mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为50nm的复合纤维6h，形成内径为30mm，壁厚为100μm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在30℃的蒸馏水中浸泡6h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到60℃真空条件下进行干燥，干燥10h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
实施例三
a在精密电子天平上称取8g聚对苯二甲酸乙二酯和2g聚氨酯(
90A)，充分溶解在90g六氟异丙醇中，获得浓度为10％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为80/20。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以30转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为10mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为50转/min，直线往复运动的速度为300mm/min。微量注射泵以0.5ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为20KV，电场距离为200mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为500nm的复合纤维10h，形成内径为10mm，壁厚为600μm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在20℃的蒸馏水中浸泡4h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到50℃真空条件下进行干燥，干燥8h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
实施例四
a在精密电子天平上称取7.2g聚对苯二甲酸乙二酯和4.8g聚氨酯(Chronoflex AR)，充分溶解在88g六氟异丙醇中，获得浓度为12％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为60/40。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以30转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为6mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为50转/min，直线往复运动的速度为100mm/min。微量注射泵以0.5ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为20KV，电场距离为200mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为500μm的复合纤维24h，形成内径为6mm，壁厚为1.5mm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在30℃的蒸馏水中浸泡6h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到50℃真空条件下进行干燥，干燥8h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
实施例五
a在精密电子天平上称取4.75g聚对苯二甲酸乙二酯和0.25g聚氨酯(Chronoflex CL)，充分溶解在95g六氟异丙醇中，获得浓度为5％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为95/5。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以20转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为10mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为20转/min，直线往复运动的速度为300mm/min。微量注射泵以1ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为25KV，电场距离为150mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为400nm的复合纤维16h，形成内径为10mm，壁厚为900μm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在20℃的蒸馏水中浸泡3h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到40℃真空条件下进行干燥，干燥10h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
实施例六
a在精密电子天平上称取8g聚对苯二甲酸乙二酯和2g聚氨酯(
)，充分溶解在90g六氟异丙醇中，获得浓度为10％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为80/20。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以10转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为20mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为10转/min，直线往复运动的速度为100mm/min。微量注射泵以1ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为20KV，电场距离为150mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为50μm的复合纤维10h，形成内径为20mm，壁厚为300μm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在10℃的蒸馏水中浸泡6h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到50℃真空条件下进行干燥，干燥10h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
实施例七
a在精密电子天平上称取4.75g聚对苯二甲酸乙二酯和0.25g聚氨酯(Elast Eon)，充分溶解在95g六氟异丙醇中，获得浓度为5％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为95/5。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以10转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为1mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为10转/min，直线往复运动的速度为100mm/min。微量注射泵以0.1ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为15KV，电场距离为50mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为100μm的复合纤维6h，形成内径为1mm，壁厚为100μm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在10℃的蒸馏水中浸泡3h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到40℃真空条件下进行干燥，干燥6h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
实施例八
a在精密电子天平上称取7.2g聚对苯二甲酸乙二酯和4.8g聚氨酯(Cardiomat)，充分溶解在88g六氟异丙醇中，获得浓度为12％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为60/40。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以20转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为6mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为20转/min，直线往复运动的速度为200mm/min。微量注射泵以0.5ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为20KV，电场距离为150mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为300nm的复合纤维8h，形成内径为6mm，壁厚为150μm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在30℃的蒸馏水中浸泡4h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到50℃真空条件下进行干燥，干燥10h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
实施例九
a在精密电子天平上称取4.75g聚对苯二甲酸乙二酯和0.25g聚氨酯(Avcothane)，充分溶解在95g六氟异丙醇中，获得浓度为5％的纺丝原液。其中聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯之间的质量比为95/5。
b制备的纺丝原液加入到静电纺丝用溶液缸中，搅拌器以10转/min的转速进行搅拌纺丝原液，选用直径为10mm的滚筒模具作为收集装置，设定滚筒模具的旋转速度为10转/min，直线往复运动的速度为100mm/min。微量注射泵以0.8ml/h的推进速度将搅拌均匀的纺丝原液经喷嘴推入到电压为20KV，电场距离为300mm的高压电场中，滚筒模具连续接收经高压电场出来的直径为250nm的复合纤维8h，形成内径为10mm，壁厚为250μm的人工血管结构。
c将经滚筒模具收集后的人工血管结构取下，放置在30℃的蒸馏水中浸泡6h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到60℃真空条件下进行干燥，干燥8h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
Claims (4)
1.一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管，其特征在于：人工血管是指由聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯混合溶液通过静电纺丝装置制备形成的具有微孔结构的管状物，其中，人工血管的组份为
聚对苯二甲酸乙二酯 60-95份
聚氨酯 5-40份
其中，所述的聚氨酯为CorethaneTM、
80A、
90A、Chronoflex AR、Chronoflex CL、Elast Eon、Cardiomat或Avcothane。
2.如权利要求1所述的聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管，其特征在于：所述人工血管的内径为1mm～30mm，人工血管的壁厚为100μm～1.5mm；
3.一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管的制备方法，其特征在于：人工血管制备过程如下：
a溶液的制备：
将聚对苯二甲酸乙二酯60-95份和聚氨酯5-40份共同溶于六氟异丙醇溶剂中，经过充分搅拌至完全溶解，制成质量分数为5～12％的纺丝原液(4)；
b人工血管结构的制备：
将经a制备的纺丝原液(4)装入到带有搅拌器(3)的静电纺丝装置中，采用滚筒模具(7)作为接受装置，纺丝原液(4)被搅拌器(3)搅拌的过程中经纺丝喷嘴(5)以0.1-2ml/h的速度喷出，进入电压为15-25Kv，距离为50-300mm的高压电场(6)，形成聚对苯二甲酸乙二酯和聚氨酯的复合纤维，收集在做旋转和直线往复运动的滚筒模具(7)上，形成人工血管结构，
其中，所述复合纤维直径为50nm～100μm；
所述搅拌器的转速为10～50转/min；
所述滚筒模具的旋转速度为10～100转/min；
所述滚筒模具的直线往复运动的速度为100mm/min～500mm/min。
c将经滚筒模具(7)收集后的人工血管结构取下，放置在10～30℃的蒸馏水中浸泡3～6h，每隔1h使用新鲜的蒸馏水替换掉原有的浸泡液，浸泡后的人工血管放入到40～60℃真空条件下进行干燥，干燥6～10h后即制成聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯的人工血管。
4.如权利要求2所述的一种聚对苯二甲酸乙二酯与聚氨酯复合人工血管的制备方法，其特征在于：所述的滚筒模具(7)的轴线垂直于静电纺丝设备的喷嘴(5)。
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