CN103692578B - 一种两次成型构建多通道海绵神经导管的方法及专用模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两次成型构建多通道海绵神经导管的方法及专用模具。该模具包括单通道和多通道成型模具，其主体结构相同，均包括模具本体和外模；模具本体具有管状模腔，外模具有与模具本体完全匹配的空腔；外模的两侧有固定孔或孔板（孔板上有固定孔），固定孔为单个或多个时对应成型模具为单通道或多通道成型模具；外模的两个顶端有注料孔和排气孔。将可生物降解的高分子溶液注入到组装好的单通道成型模具，冷冻干燥后得到单通道海绵神经导管；再将单通道海绵神经导管插入到组装好的多通道成型模具，注入高分子溶液，冷冻干燥后得到多通道海绵神经导管。本发明两次成型构建多通道海绵神经导管的方法解决了多通道海绵神经导管成型时的收缩问题。

Description

一种两次成型构建多通道海绵神经导管的方法及专用模具

技术领域

    本发明涉及海绵神经导管，具体涉及一种两次成型构建多通道海绵神经导管的方法及专用模具。

背景技术

周围神经损伤是临床上常见的疾病，约有2.8%的外伤病人伤及周围神经。我国每年周围神经损伤病例达200万例，美国和欧洲每年也分别有近20万和30万例。临床上修复周围神经缺损最常用的方法是自体神经移植。然而，自体神经来源有限，常伴随供区的功能受损，还受可修复长度、疤痕等问题限制；异体神经移植又有较强的免疫排斥反应。随着材料学、组织工程和再生医学的迅速发展，以神经导管替代自体或异体神经移植，已成为修复神经缺损和重建神经功能的重要途径。典型的神经导管是以非生物或生物材料预制成中空导管，在导管内培养种子细胞和结合神经营养因子，再将受损神经的远、近端放入管内，两断端神经外膜与管壁缝合，诱导近端神经轴突沿管腔再生并长入远端。在神经导管的构建和应用方面已进行了大量实验室研究和临床试验。报道较多的导管材料包括胶原、明胶、壳聚糖和蛋白质等天然高分子，聚乳酸、聚己内酯、聚乙醇酸、聚丙交酯等合成高分子及其复合材料。

研究表明，在选择了导管材料、种子细胞和神经营养因子之后，构建什么样的导管内部结构对神经再生速度与功能重建程度具有重要的影响。传统导管是中空的单通道导管，虽然对神经再生和功能重建具有积极作用，但还存在如管径过大容易产生错误引导等一些明显不足。

高分子溶液在冷冻过程中会膨胀，而在冷冻干燥过程又常会收缩，如果通过一次成型的方法，制备多通道海绵神经导管，则因导管材料收缩而很难准确控制其内径和外径尺寸。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种两次成型构建多通道海绵神经导管的方法。

本发明的目的还在于提供一种实现上述方法的专用模具。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，包括单通道成型模具（第一次成型模具）和多通道成型模具（第二次成型模具）。两种成型模具的主体结构相同，包括模具本体和外模，两种成型模具的区别在于外模通道数目和孔径不同。所述的模具本体具有管状模腔，作为液体的主要加入部位。所述的外模由外模一和外模二组成，外模一和外模二均为一端开口的中空状，其开口端吻合后形成与模具本体完全匹配的空腔，可将模具本体固定在其内。外模的两侧（即外模一和外模二的两个顶端（与开口端相对的一端））中央分别有固定孔，用于通过贯穿的钢针，钢针在模腔中的排列由外模上的固定孔的分布决定，海绵神经导管的横截面形态和尺寸由模具本体的模腔管径的形态和尺寸决定，钢针与模腔共同决定所制备的海绵神经导管的宏观形态。所述的固定孔为单个时该成型模具为单通道成型模具；所述的固定孔为多个时该成型模具为多通道成型模具。外模的两个顶端分别有注料孔和排气孔，用于物料的流动或通过。模具本体与外模之间有空隙时，用注射器通过注料孔可将物料注入模具本体的模腔内，同时模腔内的空气可由外模的排气孔流出。当外模一和外模二之间相互对合时，可将模具本体与外模之间多余的物料经过注料孔和排气孔流出，当外模一和外模二完全对合后可将模具本体固定在其内，并且模具本体的管壁可将注料孔和排气孔封住。模具组装好后，钢针通过外模一侧的固定孔均匀插入平行于模具本体长轴并通过另一侧外模固定孔。

所述的两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具的另一种形式为：在外模的两侧中央分别有与模具本体管状模腔横截面相同的开口，在开口处设有孔板，孔板上有固定孔，用于通过贯穿的钢针。若孔板的固定孔的为单个时，则该成型模具为单通道成型模具；若孔板的固定孔的为多个时，则该成型模具为多通道成型模具。此种形式不需要做两套外模，只需更换孔板即可。

为了使所制备的海绵神经导管容易脱模，所述的模具本体优选由左模和右模组合固定而成。为防止左模和右模合模后水平发生滑动，左模和右模的内侧面优选为紧密结合的凸起结构和凹陷结构。

为保证左模和右模紧密贴合，所述的模具本体外部优选为四方形的方柱。

所述的外模为一长一短，长度相对较长的外模一有注料孔，长度相对较短的外模二有排气孔。这种设计可以使视野暴露更加清楚，操作更加简便，提高了钢针的穿插效率及准确性。

所述的外模一和外模二的开口端均有用于使其吻合的固定板，固定板上有螺孔，通过调整螺丝的长度控制外模一和外模二的吻合与否，从而达到控制注料孔和排气孔的开放或关闭的目的。

优选组合为：所述的模具本体的管状模腔的直径为2.5～3.5mm、长度为40mm；外模（外模一和外模二）的直径均为15mm，长度分别为36mm和10mm。单通道成型模具钢针数目为1（即固定孔的数目为1），固定孔孔径为1.5～2.0mm；多通道成型模具钢针数目为3～20（即固定孔的数目为3～20），固定孔孔径为0.3～0.8mm。

优先组合中，上述成型模具均由耐高温、耐低温、耐酸、耐碱不变形的聚四氟乙烯材料构成。

一种两次成型构建多通道海绵神经导管的方法，包含如下步骤：

（1）第一次成型

① 将可生物降解的高分子溶解于溶剂中，配制成质量浓度为2～10%的高分子溶液；

② 将上述单通道成型模具组装好，置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将高分子溶液注入模具内，降温至-80～-20℃，使模具腔内的高分子溶液冷冻；

④ 将③中冷冻后的高分子混合物及模具冷冻干燥，得到单通道海绵神经导管。

（2）第二次成型

① 将可生物降解的高分子溶解于溶剂中，配制成质量浓度为2～10%的高分子溶液；

② 将上述多通道成型模具置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将第一次成型得到的单通道海绵神经导管插入待组装的模具中，组装好模具并注入高分子溶液，降温至-80～-20℃，使高分子溶液冷冻；

④ 将③中冷冻后的高分子混合物及模具冷冻干燥，得到多通道海绵神经导管。

所述的可生物降解的高分子优选包括纤维素及其衍生物、大豆蛋白质、胶原蛋白甲壳素、壳聚糖等凡是可溶解于酸性、中性或碱性水溶液的高分子材料。第一次成型和第二次成型中所用高分子可以相同，也可以不同；可以是一种高分子，也可以是两种或多种高分子混合物。

所述的溶剂优选为含有水溶性低分子的水溶液；所述的水溶性低分子包括酸、碱、甘油、尿素、硫脲等。

高分子溶液的组成和冷冻条件决定通道的内表面微观结构，钢针的直径决定通道的直径，钢针的数量决定通道的数目，由此可以获得一系列组成、通道直径、数量和微观结构不同的海绵导管。

一种多通道海绵神经导管，通过上述方法制备得到。所述的多通道海绵神经导管主要用于周围神经的修复。

本发明相对于现有技术具有如下优点和效果：

本发明两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，主体设计为开合式，样品容易取出；并且将主体模具作为内模具，由两个外模具通过螺丝相连，将内模具进行固定，保证固定的稳定性。

本发明两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，在注料口上做出了创新性的设计，只需要调整螺丝的长度就可以控制加料口的开放或关闭。

本发明两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具将外模具分为两部分，其长度为一长一短，使视野暴露更加清楚，操作更加简便，提高了细钢针的穿插效率及准确性。

本发明两次成型构建多通道海绵神经导管的方法有效解决了多通道海绵神经导管成型时的收缩问题。

本发明两次成型构建多通道海绵神经导管的方法制备工艺简单、尺寸可控、重复性好，易于根据需要制备具有不同尺寸的神经导管，满足不同的需求。

附图说明

图1是本发明第一次成型单通道海绵神经导管模具装配示意图，穿插了一根钢针；

图2是本发明第一次成型单通道海绵神经导管模具的拆分示意图，穿插了一根钢针；

图3是本发明第二次成型多通道海绵神经导管模具装配示意图，穿插了多根钢针；

图4是本发明第二次成型多通道海绵神经导管模具的拆分示意图，穿插了多根钢针；

图5是本发明第二次成型多通道海绵神经导管模具外模一的平面结构示意图；

图6是本发明第二次成型多通道海绵神经导管模具外模一具有孔板的平面结构示意图；

图7是本发明第二次成型多通道海绵神经导管模具孔板的平面结构示意图；

图8是实施例2第二次成型7通道海绵神经导管样品横截面的35×扫描电镜图；

图9是实施例2二次成型7通道海绵神经导管用于大鼠坐骨神经修复后的再生神经图（8周）；

附图中：1-模具本体，2-左模，3-右模，4-凸起结构，5-凹陷结构，6-外模一，7-外模二，8、9-固定板，10、11-固定孔（孔板），12-注料孔，13-排气孔，14-螺孔，15-钢针。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

参考图1～6，一种两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，包括单通道成型模具（第一次成型模具）和多通道成型模具（第二次成型模具）。两种成型模具的主体结构相同，包括模具本体1和外模，两种成型模具的区别在于外模通道数目和孔径不同。所述的模具本体1具有管状模腔，作为液体的主要加入部位。所述的外模由外模一6和外模二7组成，外模一6和外模二7均为一端开口的中空状，其开口端吻合后形成与模具本体1完全匹配的空腔，可将模具本体1固定在其内。外模的两侧（即外模一6和外模二7的两个顶端（与开口端相对的一端））中央分别有固定孔10和11，用于通过贯穿的钢针15，钢针15在模腔中的排列由外模上的固定孔10和11的分布决定，海绵神经导管的横截面形态和尺寸由模具本体1的模腔管径的形态和尺寸决定，钢针15与模腔共同决定所制备的海绵神经导管的宏观形态。所述的固定孔10和11为单个时该成型模具为单通道成型模具；所述的固定孔为多个时该成型模具为多通道成型模具。外模的两个顶端分别有一个注料孔12和排气孔13，用于物料的流动或通过。模具本体1与外模之间有空隙时，用注射器通过注料孔12可将物料注入模具本体1的模腔内，同时模腔内的空气可由外模的排气孔13流出。当外模一6和外模二7之间相互对合时，可将模具本体1与外模之间多余的物料经过注料孔12和排气孔13流出，当外模一6和外模二7完全对合后可将模具本体1固定在其内，并且模具本体1的管壁可将注料孔12和排气孔13封住。模具组装好后，钢针15通过外模一6固定孔10均匀插入平行于模具本体长轴并通过另一侧外模二7固定孔11。

作为本发明另一个优选的形式，在外模的两侧中央分别有与模具本体1管状模腔横截面相同的开口，在开口处设有孔板10、11，孔板10、11上有固定孔，用于通过贯穿的钢针15。若孔板10、11的固定孔的为单个时，则该成型模具为单通道成型模具；若孔板10、11的固定孔的为多个时，则该成型模具为多通道成型模具。此种形式不需要做两套外模，只需更换孔板10、11即可。

为了使所制备的海绵神经导管容易脱模，所述的模具本体1优选由左模2和右模3组合固定而成。为防止左模2和右模3合模后左右发生水平滑动，左模2和右模3的内侧面优选为紧密结合的凸起结构4和凹陷结构5。

为保证左模2和右模3紧密贴合，所述的模具本体1外部优选为四方形的方柱。

所述的外模一6和外模二7优选为一长一短，可使视野暴露更加清楚，操作更加简便，提高钢针的穿插效率及准确性。更优选的是，外模为一长一短，长度相对较长的外模一6有注料孔，长度相对较短的外模二7有排气孔。

所述的外模一6和外模二7开口端有用于使其吻合的固定板8和固定板9，固定板8和固定板9上有螺孔14，通过调整螺丝的长度控制外模一6和外模二7的吻合与否，从而达到控制注料孔12和排气孔13的开放或关闭的目的。

优选组合为：所述的模具本体1的管状模腔的直径为2.5～3.5mm、长度为40mm；外模（外模一6和外模二7）的直径均为15mm，长度分别为36mm和10mm。单通道成型模具钢针数目为1（即固定孔的数目为1），固定孔10、11孔径为1.5～2.0mm；多通道成型模具钢针数目为3～20（即固定孔的数目为3～20），固定孔10、11孔径为0.3～0.8mm。

优先组合中，上述成型模具均由耐高温、耐低温、耐酸、耐碱不变形的聚四氟乙烯材料构成。

实施例1

（1）溶液的配制与第一次成型

① 将纤维素和大豆蛋白质分别溶解于氢氧化钠/尿素溶液中，配制成质量浓度为2～10%的高分子溶液；

② 将模具（单通道）组装好（图1），置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将高分子溶液注入模具内，降温至-20℃（10h），使模具腔内的高分子溶液冷冻；

④ 将③中冷冻后的高分子混合物及模具快速置于冷冻干燥机中，在-50℃左右下冷冻干燥，得到内径为1.5～2.0mm，外径为2.5～3.0mm，长度为40mm的单通道海绵神经导管。

（2）第二次成型

① 将纤维素和大豆蛋白质分别溶解于氢氧化钠/尿素溶液中，配制成质量浓度为2～10%的高分子溶液；

② 将模具（3～20通道）（图4）置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将第一次成型得到的单通道海绵导管插入待组装的模具中，组装好模具并注入高分子溶液，降温至-80～-20℃，使高分子溶液冷冻；

④ 将③中冷冻后的高分子混合物及模具快速置于冷冻干燥机中，在-50℃左右下冷冻干燥，得到内径为0.2～0.8mm，通道数目为3～20，外径为2.5～3.0mm，长度为40mm的多通道海绵神经导管。

实施例2

（1）7通道海绵神经导管溶液的配制与第一次成型

① 将7g纤维素和3g大豆蛋白质分别溶解于190g氢氧化钠/尿素溶液中（氢氧化钠13.3g、尿素22.8g、水153.9g），配制成纤维素、大豆蛋白质量浓度分别为3.5%和1.5%的高分子溶液；

② 将模具（单通道）组装好（图1），置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将高分子溶液注入模具内，降温至-20℃（10h），使模具腔内的高分子溶液冷冻；

④ 将③中冷冻后的高分子混合物及模具快速置于冷冻干燥机中，在-50℃左右下冷冻干燥，得到内径为2.0mm，外径为3.0mm，长度为40mm的单通道海绵神经导管。

（2）第二次成型

① 将7g纤维素和3g大豆蛋白质分别溶解于190g氢氧化钠/尿素溶液中（氢氧化钠13.3g、尿素22.8g、水153.9g），配制成纤维素、大豆蛋白质量浓度分别为3.5%和1.5%的高分子溶液；

② 将模具（7通道）（图4）置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将第一次成型得到的单通道海绵导管插入待组装的模具中，组装好模具并注入高分子溶液，降温至-80～-20℃，使高分子溶液冷冻；

④ 将③中冷冻后的高分子混合物及模具快速置于冷冻干燥机中，在-50℃左右下冷冻干燥，得到内径为0.5mm，通道数目为7，外径为3.0mm，长度为40mm的多通道海绵神经导管（图8）。

（3）利用该7通道海绵神经导管修复大鼠缺损神经

取200～250g左右的SD大鼠，经腹腔注射麻醉，俯卧位固定。用组织剪剪除大鼠后肢毛发，碘伏消毒，75%的酒精脱碘。取股后外侧区纵行切口，自股二头肌、半膜肌间行钝性分离，以缝吊法牵开臂大肌以充分暴露坐骨神经。用消毒刀片整齐切除一段神经，使坐骨神经自然回缩后的实测缺损距离为8.0～10.0mm。在体视显微镜下用制备好的多通道海绵神经导管桥接坐骨神经缺损，用8-0带线缝合针将导管末端连同神经外模缝合固定，最后常规缝合肌肉及皮肤，碘伏消毒手术切口。大鼠正常饲养，8周后麻醉，经手术取出神经导管，经戊二醛固定，仔细去除导管材料，可看到穿过海绵导管的通道内的、已将原来两断端连接起来的再生神经纤维，如图9所示。表明该多通道海绵神经导管具有促进修复神经缺损的功能。

实施例3

（1）溶液的配制及第一次成型

① 将壳聚糖溶解于质量浓度为2%的醋酸中，配制成壳聚糖质量浓度为3%的壳聚糖溶液；

② 将模具（单通道）组装好（图1），置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将高分子溶液注入模具内，降温至-20℃（10h），使模具腔内的高分子溶液冷冻；

④ 将③中冷冻后的高分子混合物及模具快速置于冷冻干燥机中，在-50℃左右下冷冻干燥，得到内径为1.5～2.0mm，外径为2.5～3.0mm，长度为40mm的单通道海绵神经导管。

（2）第二次成型

① 将壳聚糖溶解于质量浓度为2%的醋酸中，配制成质量浓度为3%的壳聚糖溶液；

②将模具（3～20通道）（图4），置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将第一次成型得到的单通道海绵导管插入待组装的模具中，组装好模具并注入高分子溶液，降温至-80～-20℃，使高分子容易冷冻；

④ 将③中冷冻后的高分子混合物及模具快速置于冷冻干燥机中，在-50℃左右下冷冻干燥，得到内径为0.2～0.8mm，通道数目为3～20，外径为2.5～3.0mm，长度为40mm的多通道海绵导管。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，其特征在于：包括单通道成型模具和多通道成型模具；两种成型模具的主体结构相同，包括模具本体（1）和外模；所述的模具本体（1）具有管状模腔；所述的外模由外模一（6）和外模二（7）组成，外模一（6）和外模二（7）均为一端开口的中空状，其开口端吻合后形成与模具本体（1）完全匹配的空腔；外模的两侧中央分别有固定孔（10）和（11）；所述的固定孔（10）和（11）为单个时该成型模具为单通道成型模具；所述的固定孔（10）和（11）为多个时该成型模具为多通道成型模具；外模的两个顶端分别有注料孔（12）和排气孔（13）。

2.根据权利要求1所述的两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，其特征在于：在外模的两侧中央分别有与模具本体管状模腔横截面相同的开口，在开口处设有孔板（10）和（11），孔板（10）和（11）上有固定孔；所述的固定孔为单个时该成型模具为单通道成型模具；所述的固定孔为多个时该成型模具为多通道成型模具。

3.根据权利要求1所述的两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，其特征在于：所述的模具本体（1）由左模（2）和右模（3）组合固定而成；左模（2）和右模（3）的内侧面为紧密结合的凸起结构（4）和凹陷结构（5）；所述的模具本体（1）外部为四方形的方柱。

4.根据权利要求1所述的两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，其特征在于：所述的外模为一长一短，长度相对较长的外模一（6）有注料孔（12），长度相对较短的外模二（7）有排气孔（13）。

5.根据权利要求1所述的两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，其特征在于：所述的外模一（6）和外模二（7）开口端有用于使其吻合的固定板（8）和（9），固定板（8）和（9）上有螺孔（14）。

6.根据权利要求1所述的两次成型构建多通道海绵神经导管的专用模具，其特征在于：所述的模具本体的管状模腔的直径为2.5～3.5mm、长度为40mm；外模的直径均为15mm，长度分别为36mm和10mm；单通道成型模具的固定孔孔径为1.5～2.0mm；多通道成型模具的固定孔孔径为0.3～0.8mm。

7.一种两次成型构建多通道海绵神经导管的方法，其特征在于包含如下步骤：

（1）第一次成型

① 将可生物降解的高分子溶解于溶剂中，配制成质量浓度为2～10%的高分子溶液；

② 将权利要求1～6任一项所述的专用模具的单通道成型模具组装好，置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将高分子溶液注入模具内，降温至-80～-20℃，使模具腔内的高分子溶液冷冻；

④ 将冷冻后的高分子混合物及模具冷冻干燥，得到单通道海绵神经导管；

（2）第二次成型

① 将可生物降解的高分子溶解于溶剂中，配制成质量浓度为2～10%的高分子溶液；

② 将权利要求1～6任一项所述的专用模具的多通道成型模具置于室温环境中，使模具各部无温差；

③ 将第一次成型得到的单通道海绵神经导管插入待组装的模具中，组装好模具并注入高分子溶液，降温至-80～-20℃，使高分子溶液冷冻；

④ 将冷冻后的高分子混合物及模具冷冻干燥，得到多通道海绵神经导管。

8.根据权利要求7所述的两次成型构建多通道海绵神经导管的方法，其特征在于：所述的可生物降解的高分子包括纤维素及其衍生物、大豆蛋白质、胶原蛋白甲壳素、壳聚糖；所述的溶剂为含有水溶性低分子的水溶液。

9.一种多通道海绵神经导管，其特征在于：通过权利要求7或8所述的方法制备得到。

10.权利要求9所述的多通道海绵神经导管在周围神经修复中的应用。