CN104213211A - 一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，其特征在于，具体步骤包括：第一步：将聚己内酯加入n-甲基吡咯烷酮中，所得的溶液中聚己内酯的质量百分比为20～30％，将所得的溶液在35-45℃搅拌10-14小时，得到纺丝溶液；第二步：将纺丝溶液过滤、静置脱泡，然后加入注射器中进行干湿法纺丝，纺丝溶液温度为30℃，凝固浴温度为20℃，纺丝溶液流量为2～4mL/min，干纺程距离为1～3cm；第三步：将中空纤维先置于乙醇中12-36小时，再置于去离子水中36-60小时以去除残留溶剂，然后将纤维放置于甘油溶液中12-36小时，自然干燥，得到中空纤维人造血管。本发明所制备的中空纤维表现出良好力学强度和很好的柔韧性。

Description

一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法

技术领域

本发明涉及干湿法纺丝技术领域，具体的说是将聚己内酯通过干湿法纺丝制备中空纤维以应用于小口径人造血管领域。

背景技术

心血管类疾病严重危害人类身体健康，血管重建在临床外科中具有十分重要的地位，全球每年大约60万人需要各种外科手术，大多数需要合适的血管移植物。自1952年Voorhees首次研制成功维纶人造血管，并于次年用于临床取得成功以来，人们陆续开发出各种材料、多种成型方法的人造血管。大中口径人工血管替代人体大中动脉已获成功，但当所需血管内径＜6mm或血流速度较低时，作为替代人体小动脉或静脉的人工血管一直未能获得满意的效果。目前小血管重建仍多采用自体血管移植。然而，由于自体可供采集的血管数量有限，或者由于患者自身原因而不能使用自体血管，因此研制一种优良的小口径血管替代品就显得特别迫切。现在普遍采用的移植血管主要是采用涤纶(Dacron)、尼龙(Nylon)和聚四氟乙烯(ePTEF)等非降解材料编织而成，但这些非降解材料不支持内皮细胞的粘附和生长，血管难以充分内皮化，容易产生内膜增生、血栓和阻塞等现象。此外，材料不降解，对血管的长期适应性造成障碍。

聚己内酯(PCL，Polycaprolacton)，由于其具有独特的生物相容性，生物降解性，以及良好的渗透性，使其在组织工程和生物医用材料等领域得到极为广泛应用。CN101543645A的中国专利，公开了一种将聚己内酯通过静电纺丝法制备神经导管的方法，导管内层采用可降解高分子纤维制成的网状导管，外层采用静电纺丝法将聚己内酯纤维喷射制成三维网络状结构。CN1810303A的中国专利，公开了一种以聚己内酯为原料制备组织工程载体材料的方法，通过熔融纺丝制得聚己内酯纤维，将纤维剪碎填充到特定形状的模具中加热熔结制得三维多孔聚己内酯工程载体材料。CN101007186A的中国专利，公开了一种织物增强的复合人造血管，该血管由抗凝血层，织物增强层和弹性粘结层组成，血管具有很好的抗渗透性、血液相容性和组织相容性等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，其特征在于，具体步骤包括：

第一步：将聚己内酯加入n-甲基吡咯烷酮中，所得的溶液中聚己内酯的质量百分比为20～30％，将所得的溶液在35-45℃搅拌10-14小时，得到纺丝溶液；

第二步：将纺丝溶液过滤、静置脱泡，然后加入注射器中进行干湿法纺丝，纺丝溶液温度为30℃，凝固浴温度为20℃，纺丝溶液流量为2～4mL/min，干纺程距离为1～3cm；

第三步：将中空纤维先置于乙醇中12-36小时，再置于去离子水中36-60小时以去除残留溶剂，然后将纤维放置于甘油溶液中12-36小时，自然干燥，得到中空纤维人造血管。

优选地，所述的聚己内酯质均分子量为8万。

优选地，所述的甘油溶液的体积浓度为20-30％。

优选地，所述第二步中的干湿法纺丝所用的干湿法纺丝装置包括喷丝板，所述的喷丝板由上板、中板和下板构成，上板、中板和下板从上到下依次设置并通过螺栓固定连接，上板的中部开有中间孔，所述的中间孔中设有针管，所述的中板的中部开有纺丝溶液孔，中板内部设有槽孔，槽孔的一端连接纺丝溶液孔，另一端连接注射器，下板的中部设有喷丝孔，针管设于纺丝溶液孔和喷丝孔的中部，注射器可在推动装置的推动下向纺丝溶液孔中注入纺丝溶液，针管连接芯液瓶，芯液瓶通过管路连接二氧化碳气体瓶，芯液瓶与二氧化碳气体瓶之间的管路上设有气体调节阀，喷丝板下方设有凝固浴收集池。

更优选地，所述的针管的下端与下板的下表面齐平。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明所制备的中空纤维外径为0.5mm～2mm，壁厚为80～140um。杨氏模量为15～20MPa，断裂强度为2.2～3.4MPa断裂伸长率为300％～600％，表现出良好力学强度和很好的柔韧性。内外表面为多孔结构，断面为蜂窝状多孔结构。通过改变聚己内酯百分比含量、喷丝孔内外径大小、纺丝工艺参数可以控制中空纤维的强度与柔软性以及纤维孔径、壁厚、孔隙率等结构参数。

(2)聚己内酯相对于涤纶(Dacron)、尼龙(Nylon)和聚四氟乙烯(ePTEF)等材料具有良好的生物相容性，可生物降解性，是优良的生物医用组织工程材料。

(3)利用干湿法纺丝制备中空纤维相比于其他的制备方法最主要的优点之一是它可以同一批次制备较长的中空纤维，方便进行工业化生产。

(4)通过干湿法纺丝，利用可降解生物材料制备中空纤维应用于人造血管领域开创了一种新型制备人造血管的方法和思路，然后再通过改性以及细胞的吸附增殖可进一步改善纤维性能和生物适应性。

(5)本发明制备的中空纤维人造血管相比于传统的静电纺纤维血管支架以及纤维编织类血管支架具有孔隙率大，更好的通透性和柔韧性，更好的导向性，有利于血管内外物质间的交流，养分废物的排出等。由于是中空纤维人造血管，人类自身细胞可以沿着纤维吸附增殖生长包裹中空纤维，待纤维降解后即可再生形成新的自生血管。

(6)本发明可应用于小口径人造血管，可有效解决人造血管在使用中的抗渗透性，血液相容性、组织相容性、抗血栓性、耐疲劳性等问题，可在医疗领域得到广泛的应用。

附图说明

图1为实施例3聚己内酯中空纤维横截面SEM图；

图2为实施例4聚己内酯中空纤维外表面SEM图；

图3为干湿法纺丝装置结构示意图；

图4为喷丝板的下板结构示意图；

图5为喷丝板的上板结构示意图；

图6为喷丝板的中板结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例来进一步说明本发明。

实施例1

如图3所示，为干湿法纺丝装置结构示意图，所述的喷丝板由上板2、中板3和下板1构成，上板2、中板3和下板1从上到下依次设置并通过螺栓固定连接，如图4所示，所述的上板2设有四个螺丝孔8，上板2的中部开有中间孔21，所述的中间孔21中设有针管，如图6所示，所述的中板3上设有四个螺丝孔8，所述的中板3的中部开有纺丝溶液孔31，中板3内部设有槽孔32，槽孔32的一端连接纺丝溶液孔31，另一端连接注射器，如图5所示，下板1上设有四个螺丝孔8，下板1的中部设有喷丝孔11，针管设于纺丝溶液孔31和喷丝孔11的中部，注射器可在推动装置的推动下向纺丝溶液孔31中注入纺丝溶液，针管连接芯液瓶4，芯液瓶4通过管路连接二氧化碳气体瓶7，芯液瓶4与二氧化碳气体瓶7之间的管路上设有气体调节阀6，喷丝板下方设有凝固浴收集池5。所述的针管的下端与下板1的下表面齐平。针管与喷丝孔的横截面为同心圆形。

使用时，纺丝溶液设于注射器中，在推动装置的推动下向纺丝溶液孔31中注入纺丝溶液，二氧化碳气体瓶7中装有二氧化碳，通过气体的压力控制从芯液瓶4流入针管中的芯液流量。纺丝时芯液从针管中喷射出来，纺丝溶液从喷丝孔中喷射出来，刚好形成中空纤维。注射器架在推动装置上，推动装置可以控制纺丝溶液流速。芯液瓶连接二氧化碳气体瓶，通过调节气体流量的大小来控制芯液流量。可以通过改变喷丝孔和针管的半径大小来获得不同孔径的中空纤维。通过该装置可以小批量纺出连续的中空纤维，为大规模工业化生产提供条件。

实施例2

一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，具体步骤为：

第一步：将质均分子量为8万的聚己内酯加入n-甲基吡咯烷酮中，所得的溶液中聚己内酯的质量百分比为20％，将所得的溶液在40℃搅拌12小时，得到纺丝原液；

第二步：将纺丝原液过滤、静置水浴保温40℃进行脱泡，使用实施例1中所述的干湿法纺丝装置，将纺丝溶液加入到注射器中进行干湿法纺丝，纺丝溶液温度为30℃，凝固浴温度为20℃，芯液和凝固浴为乙醇，纺丝溶液流量为3.5mL/min，芯液流量为8mL/min，干纺程距离为1cm；

第三步：将中空纤维先置于乙醇中24小时，再置于去离子水中48小时(中间换水数次)以彻底去除残留溶剂，然后将纤维放置于25％v/v的甘油溶液中24小时以使中空纤维在自然室温空气中干燥时保持原有的形貌，自然干燥，得到中空纤维人造血管。

实施例3

一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，具体步骤为：

第一步：将质均分子量为8万的聚己内酯加入n-甲基吡咯烷酮中，所得的溶液中聚己内酯的质量百分比为25％，将所得的溶液在40℃搅拌12小时，得到纺丝溶液；

第二步：将纺丝溶液过滤、静置水浴保温40℃进行脱泡，使用实施例1中所述的干湿法纺丝装置，将纺丝溶液加入到注射器中进行干湿法纺丝，纺丝溶液温度为30℃，凝固浴温度为20℃，芯液和凝固浴为乙醇，纺丝溶液流量为3mL/min，芯液流量为10mL/min，干纺程距离为2cm；

第三步：将中空纤维先置于乙醇中24小时，再置于去离子水中48小时(中间换水数次)以彻底去除残留溶剂，然后将纤维放置于25％v/v的甘油溶液中24小时以使中空纤维在自然室温空气中干燥时保持原有的形貌，自然干燥，得到中空纤维人造血管。

实施例4

一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，具体步骤为：

第一步：将质均分子量为8万聚己内酯加入n-甲基吡咯烷酮中，所得的溶液中聚己内酯的质量百分比为30％，将所得的溶液在40℃搅拌12小时，得到纺丝溶液；

第二步：将纺丝溶液过滤、静置水浴保温40℃进行脱泡，使用实施例1中所述的干湿法纺丝装置，将纺丝溶液加入到注射器中进行干湿法纺丝，纺丝溶液温度为30℃，凝固浴温度为15℃，固浴选择为乙醇，芯液为水，纺丝溶液流量为3mL/min，芯液流量为10mL/min，干纺程距离为2.5cm；

第三步：将中空纤维先置于乙醇中24小时，再置于去离子水中48小时(中间换水数次)以彻底去除残留溶剂，然后将纤维放置于25％v/v的甘油溶液中24小时以使中空纤维在自然室温空气中干燥时保持原有的形貌，自然干燥，得到中空纤维人造血管。

表1 各实施例中空纤维的实验条件和参数

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，其特征在于，具体步骤包括：

第一步：将聚己内酯加入n-甲基吡咯烷酮中，所得的溶液中聚己内酯的质量百分比为20～30％，将所得的溶液在35-45℃搅拌10-14小时，得到纺丝溶液；

第二步：将纺丝溶液过滤、静置脱泡，然后加入注射器中进行干湿法纺丝，纺丝溶液温度为30℃，凝固浴温度为20℃，纺丝溶液流量为2～4mL/min，干纺程距离为1～3cm；

第三步：将中空纤维先置于乙醇中12-36小时，再置于去离子水中36-60小时以去除残留溶剂，然后将纤维放置于甘油溶液中12-36小时，自然干燥，得到中空纤维人造血管。

2.如权利要求1所述的以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，其特征在于，所述的聚己内酯的质均分子量为8万。

3.如权利要求1所述的以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，其特征在于，所述的甘油溶液的体积浓度为20-30％。

4.如权利要求1所述的以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，其特征在于，所述第二步中的干湿法纺丝所用的干湿法纺丝装置包括喷丝板，所述的喷丝板由上板(2)、中板(3)和下板(1)构成，上板(2)、中板(3)和下板(1)从上到下依次设置并通过螺栓固定连接，上板(2)的中部开有中间孔(21)，所述的中间孔(21)中设有针管，所述的中板(3)的中部开有纺丝溶液孔(31)，中板(3)内部设有槽孔(32)，槽孔(32)的一端连接纺丝溶液孔(31)，另一端连接注射器，下板(1)的中部设有喷丝孔(11)，针管设于纺丝溶液孔(31)和喷丝孔(11)的中部，注射器可在推动装置的推动下向纺丝溶液孔(31)中注入纺丝溶液，针管连接芯液瓶(4)，芯液瓶(4)通过管路连接二氧化碳气体瓶(7)，芯液瓶(4)与二氧化碳气体瓶(7)之间的管路上设有气体调节阀(6)，喷丝板下方设有凝固浴收集池(5)。

5.如权利要求4所述的以聚己内酯为原料制备中空纤维人造血管的方法，其特征在于，所述的针管的下端与下板(1)的下表面齐平。