CN104841013A - 一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架及其制备方法，所述血管支架为乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架。制备：将乳酸己内酯共聚物纺丝液和胶原蛋白纺丝液进行单喷头静电纺丝，或分别进行双喷头静电纺丝。本发明血管支架具有较好的力学性能和优良的生物相容性，同时其特殊的双层结构能够仿生天然血管结构：内层的纳米纤维结构有利于内皮细胞的粘附和增殖，外层的纳米纤维复合取向纳米纱的结构具有较大孔径，有利于血管平滑肌细胞的绕轴生长和三维渗透；血管支架可采取多种材料复合比例，可具有不同的纤维组成和直径，在小口径血管组织工程中将会有重要的应用。

Description

一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架及其制备方法

技术领域

本发明属于血管支架及其制备领域，特别涉及一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架及其制备方法。

背景技术

天然血管主要由复杂的三层结构组成：内层为单层均匀排列的内皮细胞，起到抗凝血的作用；中层为平滑肌层，是由绕轴平行排列的梭状平滑肌细胞叠加而成，这给予血管强的抗血压扩张力；外层是由胶原蛋白和成纤维细胞构成的疏松的结缔组织。构建组织工程血管支架，不仅需要组分和特性与天然血管相接近，更需要在结构上和功能上仿生天然细胞外基质。而合适的生物相容性、良好的支架材料为细胞提粘附结合的位点，促进细胞粘附和增殖；合适的支架孔径、孔隙率为细胞提供活动空间，便于细胞迁移和渗透入整个支架中；并且该材料还须有很好的力学性能，维持血液的正常流动，促进血管的修复与再生。

静电纺丝技术在血管组织工程支架制备领域中有着非常广泛的应用，此种技术制备的纤维直径在纳米级到微米级，且纤维分布均匀，具有较大的比表面积和较高的孔隙率，能够模拟天然动脉细胞外基质的微结构和功能，有利于支架在体内原位募集相关细胞并促进其增殖、生长，进而促进血管组织重建。静电纺丝技术可应用的材料广泛，包括天然的高分子物如胶原蛋白，弹性蛋白，丝素蛋白以及多糖类物质如壳聚糖等；以及合成高分子如聚乳酸(poly(lactic acid))(PLA)，聚羟基乙酸(poly(glycolic acid))(PGA)，聚己内酯(PCL)，以及聚乳酸-聚己内酯的嵌段共聚物(P(LLA-CL))等，这种技术能够快速、简单并能实现工业化生产，并且在传统的静电纺丝方法上衍生出多种改进方法，具有制备组织工程血管支架的巨大潜力。合成材料乳酸己内酯共聚物(50:50)具有很好的拉伸力学性能以及生物可降解性能，胶原蛋白是天然细胞外基质的主要成分，有助于提高支架的生物相容性以及生物活性。但是普通的共混静电纺得到的纳米纤维支架孔径较小，无规分布，外层的平滑肌细胞很难绕轴取向生长并渗透到支架的内部，无法模拟天然血管的外层结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架及其制备方法，该方法设计的双层支架具有较好的力学性能和优良的生物相容性，同时其特殊的双层结构能够仿生天然血管结构：内层的纳米纤维结构有利于内皮细胞的粘附和增殖，外层的纳米纤维复合纳米纱的增强结构有利于血管平滑肌细胞的绕轴生长和三维渗透。通过改进的静电纺丝技术，乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架可采取多种材料复合比例，可具有多种纤维组成和直径，在小口径血管组织工程中将会有重要的应用。

本发明的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架，所述血管支架为乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架；其中内层为聚乳酸己内酯/胶原蛋白复合纳米纤维结构，外层为乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白纳米纤维-纳米纱复合结构。

复合结构也为增强结构：纳米纱对纳米纤维的增强。

本发明的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，包括：

(1)将乳酸己内酯共聚物溶于溶剂中，得到乳酸己内酯共聚物纺丝液；

(2)将胶原蛋白溶于溶剂中，得到胶原蛋白纺丝液；

(3)将上述乳酸己内酯共聚物纺丝液和胶原蛋白纺丝液共混进行单喷头静电纺丝，或将乳酸己内酯共聚物纺丝液和胶原蛋白纺丝液分别进行双喷头静电纺丝，即得复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架；

其中单喷头静电纺丝为：血管支架内层通过旋转不锈钢棒直接接收纳米纤维，血管外层通过旋转漏斗将纳米纤维卷绕成纱再用不锈钢棒接收，部分未被卷绕的纳米纤维也会被不锈钢棒接收；

双喷头静电纺丝为：血管支架内层通过旋转不锈钢棒直接接收双向纳米纤维，血管外层通过漏斗将双向的纳米纤维卷绕成纱再用不锈钢棒接收，部分未被卷绕的纳米纤维也会被不锈钢棒接收。

所述步骤(1)中溶剂为六氟异丙醇；乳酸己内酯共聚物纺丝液的质量百分浓度为5-10％。

所述步骤(2)中溶剂为六氟异丙醇；胶原蛋白纺丝液的质量百分浓度为8％-10％。

所述步骤(2)中胶原蛋白为猪源或鱼源胶原蛋白。

优选：当胶原蛋白为猪源时，纺丝液质量浓度为8％；当胶原蛋白为鱼源时，纺丝液质量浓度为10％。

所述步骤(3)中乳酸己内酯共聚物、胶原蛋白的质量比为1-3:3-1。

乳酸己内酯共聚物、胶原蛋白的质量比为3:1，1:1或1:3。

所述步骤(3)中单喷头静电纺丝工艺参数为：电压14kV，流速1.0-3.0mL/h；支架内层接收时针头到不锈钢棒的距离为12cm，支架外层接收时针头到漏斗的距离为10cm，漏斗与不锈钢棒的距离为8cm。

所述步骤(3)中双喷头静电纺丝工艺参数为：乳酸己内酯共聚物一侧电压14kV，流速1.0-3.0mL/h，胶原蛋白一侧电压20kV，流速1.0-3.0mL/h；支架内层接收时两针头垂直置于不锈钢棒两侧，距离各为10cm；支架外层接收时两针头置于漏斗两侧，并与漏斗轴向夹角30-60°，漏斗与不锈钢棒的距离为8cm。

所述步骤(3)中漏斗为塑料材质锥形漏斗，漏斗外径为7.5cm，，由一根直径6mm金属棒为轴心，开口部分用铝箔包裹一圈，漏斗旋转速度为300-1000rpm；不锈钢棒的直径为2-6mm，接收内层纳米纤维时转速为100-1000rpm，接收外层纳米纱/纳米纤维复合结构时转速为5-100rpm。。

本发明将乳酸己内酯共聚物与胶原蛋白共混或复合制备纳米纤维/纳米纱双层血管支架的研究。其特殊的双层结构能够仿生天然血管结构：内层的纳米纤维结构有利于内皮细胞的粘附和增殖，外层的纳米纤维复合纳米纱的增强结构有利于血管平滑肌细胞的绕轴生长和三维渗透。同时，此复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架可采取多种材料复合比例，可具有多种纤维组成和直径，具有良好的力学性能和生物相容性，能够在结构上、组分上和功能上模拟天然血管细胞外基质，在血管组织工程修复及再生中将会有重要的应用。

有益效果

(1)本发明首次将天然细胞外基质(ECM)主要成分胶原蛋白与具有优良力学性能的乳酸己内酯共聚物作为基础材料制备复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架。支架具有纳米纤维与纳米纱的复合结构，可以在保证必须的机械性能的基础上提高支架的孔径和孔隙率，同时添加的胶原蛋白模拟天然ECM的组分，能够提高支架的生物相容性和生物活性；

(2)此复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的内层是乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白复合纳米纤维结构，由均一的纳米纤维或两种尺寸的亚微米级纤维组成，其内层结构具有较高的比表面积，有利于血管内皮细胞的原位再生；

(3)此复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的外层是乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白复合材料纳米纤维复合纳米纱的增强结构，具有取向的绕轴缠绕结构以及更大的孔径和孔隙率，有利于血管平滑肌细胞的绕轴取向生长以及三维长入，有利于天然血管平滑肌层结构的重建；

(4)本发明设计的复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架完全由生物可降解材料组成，具有优良的生物降解性能，能够随着血管组织重构而逐渐降解，作为血管组织工程医用材料将会有重要的应用。

附图说明

图1本发明复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备图；

图2本发明复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架单喷头时的内层扫描电镜照片；

图3本发明复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架单喷头时的外层扫描电镜照片；

图4本发明复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架双喷头时的内层扫描电镜照片；

图5本发明复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架双喷头时的外层扫描电镜照片；

图6本发明复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架单喷头时内层猪髋动脉内皮细胞生长的扫描电镜图片；

图7本发明复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架单喷头时外层平滑肌平滑肌细胞生长的三维激光共聚焦图片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

用电子天平称取质量为0.64g的乳酸己内酯共聚物(P(LLA-CL))溶于8mL六氟异丙醇溶剂中；再称取质量为0.64g的猪I型胶原蛋白溶于8mL六氟异丙醇溶剂中，分别通过磁力搅拌过夜至完全溶解；取6mL P(LLA-CL)纺丝液和2mL胶原蛋白纺丝液混合均匀后，吸入10mL注射器中，连接9号不锈钢针头并与14kV的高压相连接，调节微量注射泵的流速为1.0mL/h，用转速为100rpm的不锈钢棒接收内层的均一结构纳米纤维；纺丝进行3小时后，停止内层的接收，继续外层纳米纱的接收；外层纺丝参数同上，同时将转速为600rpm的漏斗置于纺丝针头正下方，并将转速为50rpm，并包裹有铝箔的不锈钢棒接收器置于同一水平线上相距8cm处接收卷绕的纳米纱和散落的纳米纤维，纺丝进行2小时后停止，得到厚度适中的复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架。

实施例2

用电子天平称取质量为0.64g的乳酸己内酯共聚物(P(LLA-CL))溶于8mL六氟异丙醇溶剂中；再称取质量为0.64g的猪I型胶原蛋白溶于8mL六氟异丙醇溶剂中，分别通过磁力搅拌过夜至完全溶解；将溶解好的两种溶液分别吸入10mL注射器中，分别连接9号不锈钢针头，置于转速为100rpm的不锈钢棒接收器两侧制备内层两种纤维结构的纳米纤维。P(LLA-CL)一侧的电压为14kV，流速为1.0mL/h；胶原蛋白一侧的电压为20kV，流速为1.0mL/h；放肆进行3小时后，停止内层的接收，继续外层纳米纱线的接收；外层纺丝参数同上，同时将转速为300rpm的漏斗置于两侧纺丝针头的中间，纺丝针头与漏斗的夹角为60°；将转速为50rpm，并包裹有铝箔的不锈钢棒接收器置于与旋转滚筒平行方向并相距8cm处接收卷绕的纳米纱和少量散落的纳米纤维，纺丝进行2小时后停止，得到厚度适中的复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架。

Claims (10)

1.一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架，其特征在于：所述血管支架为乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白复合纳米纤维/纳米纱双层血管支架；其中内层为乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白复合纳米纤维结构，外层为乳酸己内酯共聚物/胶原蛋白纳米纤维-纳米纱复合结构。

2.一种如权利要求1所述的复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，包括：

(1)将乳酸己内酯共聚物溶于溶剂中，得到乳酸己内酯共聚物纺丝液；

(2)将胶原蛋白溶于溶剂中，得到胶原蛋白纺丝液；

(3)将上述乳酸己内酯共聚物纺丝液和胶原蛋白纺丝液共混进行单喷头静电纺丝，或将乳酸己内酯共聚物纺丝液和胶原蛋白纺丝液分别进行双喷头静电纺丝，即得复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架；

其中单喷头静电纺丝为：血管支架内层通过旋转不锈钢棒直接接收纳米纤维，血管外层通过旋转漏斗将纳米纤维卷绕成纱再用不锈钢棒接收；

双喷头静电纺丝为：血管支架内层通过旋转不锈钢棒直接接收双向纳米纤维，血管外层通过漏斗将双向的纳米纤维卷绕成纱再用不锈钢棒接收。

3.根据权利要求2所述的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中溶剂为六氟异丙醇；乳酸己内酯共聚物纺丝液的质量百分浓度为5-10％。

4.根据权利要求2所述的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中溶剂为六氟异丙醇；胶原蛋白纺丝液的质量百分浓度为8％-10％。

5.根据权利要求2所述的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中胶原蛋白为猪源或鱼源胶原蛋白。

6.根据权利要求2所述的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中乳酸己内酯共聚物、胶原蛋白的质量比为1-3:3-1。

7.根据权利要求6所述的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，其特征在于：乳酸己内酯共聚物、胶原蛋白的质量比为3:1，1:1或1:3。

8.根据权利要求2所述的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中单喷头静电纺丝工艺参数为：电压14kV，流速1.0-3.0mL/h；支架内层接收时针头到不锈钢棒的距离为12cm，支架外层接收时针头到漏斗的距离为10cm，漏斗与不锈钢棒的距离为8cm。

9.根据权利要求2所述的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中双喷头静电纺丝工艺参数为：乳酸己内酯共聚物一侧电压14kV，流速1.0-3.0mL/h，胶原蛋白一侧电压20kV，流速1.0-3.0mL/h；支架内层接收时两针头垂直置于不锈钢棒两侧，距离各为10cm；支架外层接收时两针头置于漏斗两侧，并与漏斗轴向夹角30-60°，漏斗与不锈钢棒的距离为8cm。

10.根据权利要求2所述的一种复合材料纳米纤维/纳米纱双层血管支架的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中漏斗为塑料材质锥形漏斗，漏斗外径为7.5cm，，由一根直径6mm金属棒为轴心，开口部分用铝箔包裹一圈并与金属轴心相连，漏斗旋转速度为300-1000rpm；不锈钢棒的直径为2-6mm，接收内层纳米纤维时转速为100-1000rpm，接收外层纳米纱/纳米纤维复合结构时转速为5-100rpm。