CN104939946A - 中空水凝胶纤维的制备及构建分支血管单元的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中空水凝胶纤维的制备及构建分支血管单元的方法，用于在生物制造领域采用中空水凝胶纤维来制作具有分支结构的类血管结构单元。此方法所需要的中空水凝胶纤维由壳聚糖和三聚磷酸钠的交联制得，所需材料极易获得。借助于两者交联的不完全性来成型一分为二、一分为三等分支类血管结构，解决了采用中空水凝胶纤维无法获得类血管分支结构网络的问题。对于临床医学上解决人体组织修复问题中的血管分叉问题具有重要意义。

Description

中空水凝胶纤维的制备及构建分支血管单元的方法

技术领域

本发明涉及一种动物体组织血管化的构建方法，特别是涉及一种利用生物组织纤维制造血管结构的方法，应用于生物制造技术领域。

背景技术

大段骨缺损一直是威胁人类生命健康的医学难题，随着骨组织工程技术的发展，骨组织工程的再生修复有了很大的进展，但是由于骨组织本身结构的复杂性，在构建较大体积组织工程骨方面还存在较多的问题，其中最主要的就是缺血坏死。随着细胞工程技术和生物制造技术的发展，越来越多的研究开始尝试符合生理学要求的大块组织工程骨，因此血管化的构建是保证大块组织工程骨生物学功能的关键因素。类血管结构网络的构建是目前在生物制造领域解决血管化问题的有效途径之一，类血管结构对于组织内细胞的营养供给、气体交换、生长因子和蛋白质的传递以及细胞的新陈代谢有着极其重要的意义。

目前，众多研究采用海藻酸钠和氯化钙进行交联来获得中空水凝胶纤维，以此来获得类血管的单根管结构，在此基础上，采用中空水凝胶纤维来搭接中空支架来获得类血管结构网络。但此过程是由单根中空纤维从头到尾搭接完成，并不存在血管分支结构。而在人体骨组织的血管网结构中，是由许多分支血管构成的。因此，此种方法并不能有效的解决血管化问题。

在解决血管化分支问题方面，主要思路是围绕着在块状的水凝胶中留出分支血管的通路，以此来获得分支血管结构。所采用的方法与模具的方法较类似，先将分支血管的结构制作出来，接着采用水凝胶进行涂覆或者填充，之后再根据消失模原理将分支血管的结构进行溶解，此时就会在水凝胶块中形成分支血管的通道。此种方法虽然能够获得分支血管结构，但其过程较为复杂，所采用的材料较多，依赖于消失模的完全溶解；另外，其对细胞活性影响较大。因此，目前对于分支血管结构的构建问题的技术解决方案还不够理想。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种中空水凝胶纤维的制备及构建分支血管单元的方法，采用中空水凝胶纤维制作类血管网络结构单元，使得所构建的类血管网络结构并不是单根血管结构，而是带有明显分支结构的类血管结构单元，更好的模拟骨组织和人体组织中的血管结构。

为达到上述发明创造目的，本发明采用下述技术方案：

一种表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法，采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，使用同轴喷头，在同轴喷头出口处，外喷头比内喷头长，以三聚磷酸钠为内层相，从内喷头供料，以壳聚糖为外层相，从外喷头供料喷出形成空心的壳聚糖管，使从外喷头输出的壳聚糖管的内腔中均匀充满从内喷头输出的三聚磷酸钠，使三聚磷酸钠由内向外进行扩散，并与壳聚糖管的内腔表面的浅层壳聚糖发生离子交联反应，仅使壳聚糖管内壁形成复合交联材料层，而保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应，从而形成表面未完全交联的壳聚糖的中空水凝胶纤维。

作为本发明优选的技术方案，采用医用针头制成同轴喷头，其中内针头直径比外针头直径小，内针头长度比外针头长度长，在出口处外针头比内针头长，内外针头由一个三通阀连接进行组装，内针头与三通阀采用过盈配合进行径向固定，由三通阀上端的台阶进行轴向固定，外针头直接套在三通阀出口处，在同轴喷头中，三聚磷酸钠从内针头供料，壳聚糖从外针头供料。

本发明还提供一种利用本发明表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法构建分支血管单元的方法，包括如下步骤：

a. 采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，通过同轴喷头制得表面未完全交联的壳聚糖的中空水凝胶纤维，使中空水凝胶纤维的内腔表面形成复合交联材料层，并保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应；

b.将在步骤a中制备的未完全交联的单根中空水凝胶纤维至少进行一次人字形弯折，使人字形弯折部分重叠，使中空水凝胶纤维部分外壁表面区域由于中空水凝胶纤维外表面未参与交联的壳聚糖而粘附在一起，保留单根中空水凝胶纤维的两端部始终分开作为两个分支血管结构部分，或者仅保留单根中空水凝胶纤维的一个端部与人字形弯折重叠部分分开作为一个分支血管结构部分并使单根中空水凝胶纤维的另一个端部空绕回弯后与人字形弯折重叠部分粘附在一起形成另外两个分支血管结构部分，制成至少具有2个树杈形分支的中空纤维束，从而形成具有分支血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；

c. 在步骤b中制备的分支血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的血管结构化的中空水凝胶纤维放入三聚磷酸钠溶液中，使血管结构化的中空水凝胶纤维未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的血管结构化的中空水凝胶纤维；

d.将在步骤c中制备的完全交联后的血管结构化的中空水凝胶纤维的对应的人字形弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，露出人字形中空水凝胶纤维弯折重叠部分，并露出人字形中空水凝胶纤维的并排粘附的多根中空纤维的中空通道口；

e. 在步骤d中制备的露出的多根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通任意相邻的两根中空纤维中间的间隔，使中空纤维中间的重叠管壁部分的所有中空纤维的侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使血管结构化的中空水凝胶纤维的分叉部分的中空纤维管段作为分支血管，形成具有分支血管结构的主血管，最终制成分支血管单元。

作为本发明构建分支血管单元的方法的第一种优选技术方案，在步骤b中，仅将在步骤a中制备的未完全交联的单根中空水凝胶纤维进行一次人字形弯折，使中空水凝胶纤维部分外壁表面区域由于中空水凝胶纤维外表面未参与交联的壳聚糖而粘附在一起，保留单根中空水凝胶纤维的两个端部作为多分支血管结构的分支血管部分，制成人字形中空纤维，从而形成具有一分为二分支血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在步骤e中，制得一分为二分支血管单元。

作为本发明构建分支血管单元的方法的第二种优选技术方案，在步骤b中，由单根中空水凝胶纤维完成一次人字形弯折后，使中空水凝胶纤维的一端空绕回弯后与人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成3根中空水凝胶纤维粘附在一起的结构，制成具有3个树杈形分支的中空纤维束，以中空水凝胶纤维的一端空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段从分叉起点开始作为两个血管分支部分，并保留单根中空水凝胶纤维的另一端部作为多分支血管结构部分的第三个血管分支部分，从而形成具有3个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在步骤c中，在步骤b中制备的具有3个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有3个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有3个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有3个树杈形分支的中空纤维束；则在步骤d中，将在步骤c中制备的完全交联后的人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，并使具有3个树杈形分支的中空纤维束的重叠部分的剪切口平齐，露出具有3个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有3个树杈形分支的中空纤维束的3根并排粘附的中空纤维的中空通道口,同时还采用医用微创手术刀将中空水凝胶纤维的一端进行空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段剪断形成两个新的分支血管端口；则在步骤e中，在步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着3根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通3根中空纤维之间的间隔，使具有3个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有3个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分的3根根的中空纤维管段作为分支血管，形成具有3个分支血管结构的主血管，最终制成具有一分为三支管的多分支血管单元。

作为本发明构建分支血管单元的方法的第三种优选技术方案，在步骤b中，由单根中空水凝胶纤维不间断地完成至少两次人字形弯折，使多次人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成至少为4的偶数根中空水凝胶纤维粘附在一起，制成具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束，保留单根中空水凝胶纤维的两个端部作为多分支血管结构的分支血管部分，且以相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段也从重叠分叉起点开始作为另外的两个血管分支部分，从而形成具有至少为4的偶数个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在步骤c中，在步骤b中制备的具有至少为4的偶数个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束；则在步骤d中，将在步骤c中制备的完全交联后的每个人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，使具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束的剪切口平齐，露出具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有至少为4的偶数根并排粘附的中空纤维的中空通道口，再将相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段剪断，形成另外新的两个血管分支部分；则在步骤e中，在步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分和增加粘附的重叠部分分别具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着至少为4的偶数根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通至少为4的偶数根中空纤维中间的间隔，使具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维通道侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分作为分支血管，形成具有至少为4的偶数个分支血管结构的主血管，最终制成具有不小于4的偶数个支管的多分支血管单元。

作为本发明构建分支血管单元的方法的第四种优选技术方案，在步骤b中，由单根中空水凝胶纤维连续地完成至少两次人字形弯折后，使中空水凝胶纤维的一端空绕回弯后与人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使多次人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成至少为5的奇数根中空水凝胶纤维粘附在一起，制成具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束，以中空水凝胶纤维的一端空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段从重叠分叉起点开始作为两个血管分支部分，并保留单根中空水凝胶纤维的另一端部作为多分支血管结构部分的又一个血管分支部分，且以任意相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段也从重叠分叉起点开始作为另外的两个血管分支部分，从而形成具有至少为5的奇数个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在步骤c中，在步骤b中制备的具有至少为5的奇数个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束；则在步骤d中，将在步骤c中制备的完全交联后的每个人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，使具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束的剪切口平齐，露出具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有至少为5的奇数根并排粘附的中空纤维的中空通道口，同时还采用医用微创手术刀将中空水凝胶纤维的一端进行空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段剪断形成两个新的分支血管端口，再将所有相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段剪断，形成另外新的至少两个血管分支部分；则在步骤e中，在步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分和增加粘附的重叠部分分别具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着至少为5的奇数根中空纤维之间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通至少为5的奇数根中空纤维中间的间隔，使具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维通道侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分作为分支血管，形成具有至少为5的奇数个分支血管结构的主血管，最终制成具有不小于5的奇数个支管的多分支血管单元。

作为上述方案中进一步优选的技术方案，在步骤a中，将离心后的成纤维细胞倒入按照设定浓度配制好壳聚糖溶液中，并搅拌均匀，然后通过消毒后的同轴喷头制得表面未完全交联的中空水凝胶纤维；则在步骤e中，制得载成纤维细胞的分支血管单元。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 与现有的针对人体组织修复制作分支血管网络结构相比较，本发明在针对同轴交联制作中空纤维的实验的基础上，借助壳聚糖和三聚磷酸钠交联的不完全性，制作出由中空水凝胶纤维搭接而成的具有分支功能的类血管结构单元；

2. 本发明制备的分支血管单元由单根中空纤维不间断的完成，形成分支血管单元；

3. 本发明制备的分支血管单元所需要的中空水凝胶纤维借助于壳聚糖和三聚磷酸钠的交联来获得分叉血管单元，材料易获得；

4. 本发明分支血管单元的制备过程中工艺简单，完全交联后的分叉血管单元后只需进行适当的修剪即可获得想要的部分。

附图说明

图1是本发明实施例一制备的中空水凝胶纤维的轴向剖面图。

图2是本发明实施例一制备的一分为二分支血管单元结构图。

图3是本发明实施例一中空水凝胶纤维构建的分支血管及方法的流程图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1~图3，一种表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法，采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，使用同轴喷头，在同轴喷头出口处，外喷头比内喷头长，以三聚磷酸钠为内层相，从内喷头供料，以壳聚糖为外层相，从外喷头供料喷出形成空心的壳聚糖管，使从外喷头输出的壳聚糖管的内腔中均匀充满从内喷头输出的三聚磷酸钠，使三聚磷酸钠由内向外进行扩散，并与壳聚糖管的内腔表面的浅层壳聚糖发生离子交联反应，仅使壳聚糖管内壁形成复合交联材料层，而保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应，从而形成表面未完全交联的壳聚糖的中空水凝胶纤维。

在本实施例中，参见图1~图3，采用医用针头制成同轴喷头，其中内针头直径比外针头直径小，内针头长度比外针头长度长，在出口处外针头比内针头长，内外针头由一个三通阀连接进行组装，内针头与三通阀采用过盈配合进行径向固定，由三通阀上端的台阶进行轴向固定，外针头直接套在三通阀出口处，在同轴喷头中，三聚磷酸钠从内针头供料，壳聚糖从外针头供料。

在本实施例中，参见图1~图3，一种利用本实施例表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法构建分支血管单元的方法，制成一分为二分支血管单元，包括如下步骤：

a. 采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，通过同轴喷头制得表面未完全交联的壳聚糖的中空水凝胶纤维，使中空水凝胶纤维的内腔表面形成复合交联材料层，并保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应，制成外径为1000μm且内径为400μm的中空水凝胶纤维；

b. 仅将在步骤a中制备的未完全交联的单根中空水凝胶纤维进行一次人字形弯折，使人字形弯折部分重叠，使中空水凝胶纤维部分外壁表面区域由于中空水凝胶纤维外表面未参与交联的壳聚糖而粘附在一起，保留单根中空水凝胶纤维的两端部始终分开作为分支血管结构部分，制成具有2个树杈形分支的人字形中空纤维，从而形成具有一分为二分支血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；

c. 在步骤b中制备的分支血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的血管结构化的中空水凝胶纤维放入三聚磷酸钠溶液中，使血管结构化的中空水凝胶纤维未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的血管结构化的人字形的中空水凝胶纤维；

d.将在步骤c中制备的完全交联后的血管结构化的中空水凝胶纤维的对应的人字形弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，露出人字形中空水凝胶纤维弯折重叠部分，并露出人字形中空水凝胶纤维的并排粘附的多根中空纤维的中空通道口；

e. 在步骤d中制备的露出的两根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着两根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通两根中空纤维中间的间隔，使两根人字形中空纤维中间的重叠管壁部分的中空纤维的侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使血管结构化的中空水凝胶纤维的分叉部分的中空纤维管段作为分支血管，形成具有分支血管结构的主血管，最终制成一分为二分支血管单元。

在本实施例中，参见图1~图3，利用壳聚糖和三聚磷酸钠交联的不完全性，在单根中空水凝胶纤维上进行弯折，使其表面未参与交联的壳聚糖粘附，再进行三聚磷酸钠水浴交联，使其结构固定并具有一定的强度。首先使中空水凝胶纤维采用同轴喷头制成，利用壳聚糖和三聚磷酸钠的交联不完全性使得单根纤维折叠之后能够粘附在一起并具有一定的粘结高度，以便进行后续的剪切。因此，壳聚糖和三聚磷酸钠需要进行一定的浓度选择，使所形成的中空纤维表面具有未交联的壳聚糖。未完全交联的中空纤维形成后，在一定长度处进行弯折，中空纤维未交联的部分有效粘附，形成分支血管雏形。分支血管雏形形成后，再将此结构放在三聚磷酸钠水浴中进行完全交联，使中空纤维不发生变形的情况下具有一定的强度，以方便后续进行剪切动作时中空水凝胶纤维不发生变形。中空水凝胶纤维弯折并在三聚磷酸钠水浴中完全交联后，采用医用微创手术刀进行剪切，将弯折重合部分的头部进行剪切，暴露出弯折部分两根中空纤维的通道口。在此通道口处，因重合部分具有一定的宽度，在此宽度内剪切一定的深度，此深度要小于中空纤维重合部分的长度，将折叠在一起的两根中空纤维通道打通，形成分支血管结构的主血管，之前一直保留的单根中空纤维的两头作为分支血管结构的分支血管。本实施例用于生物制造领域，采用中空水凝胶纤维，利用其交联的不完全性来搭接分支血管结构，以此来模拟组织工程中骨缺损修复等血管化实现中存在的分支血管网络的构建问题。本实施例构建分支血管单元的方法所需要的中空水凝胶纤维由壳聚糖和三聚磷酸钠的交联制得，所需材料极易获得。借助于两者交联的不完全性来成型一分为二、一分为三等分支类血管结构，解决了采用中空水凝胶纤维无法获得类血管分支结构网络的问题。对于临床医学上解决人体组织修复问题中的血管分叉问题具有重要意义。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种构建分支血管单元的方法，制成一分为二分支血管单元，包括如下步骤：

a. 采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，将离心后的成纤维细胞倒入配制好壳聚糖溶液中，并搅拌均匀，然后通过消毒后的同轴喷头制得表面未完全交联的中空水凝胶纤维，使中空水凝胶纤维的内腔表面形成复合交联材料层，并保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应，制成外径为1000μm且内径为400μm的中空水凝胶纤维；

b. 本步骤与实施例一相同；

c. 本步骤与实施例一相同；

d. 本步骤与实施例一相同；

e. 在步骤d中制备的露出的两根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着两根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通两根中空纤维中间的间隔，使两根人字形中空纤维中间的重叠管壁部分的中空纤维的侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使血管结构化的中空水凝胶纤维的分叉部分的中空纤维管段作为分支血管，形成具有分支血管结构的主血管，最终制成一分为二分支载成纤维细胞的分支血管单元。

本实施例利用壳聚糖和三聚磷酸钠交联的不完全性，在单根中空水凝胶纤维上进行弯折，使其表面未参与交联的壳聚糖粘附，再进行三聚磷酸钠水浴交联，使其结构固定并具有一定的强度。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种构建分支血管单元的方法，制成一分为三分支血管单元，包括如下步骤：

a. 本步骤与实施例一相同；

b. 由单根中空水凝胶纤维在步骤a中完成一次人字形弯折后，将人字形弯折部分重叠，使中空水凝胶纤维部分外壁表面区域由于中空水凝胶纤维外表面未参与交联的壳聚糖而粘附在一起，并使中空水凝胶纤维的一端空绕回弯后再与人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成3根中空水凝胶纤维粘附在一起的结构，制成具有3个树杈形分支的中空纤维束，以中空水凝胶纤维的一端空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段从分叉起点开始作为两个血管分支部分，并保留单根中空水凝胶纤维的另一端部作为多分支血管结构部分的第三个血管分支部分，从而形成具有3个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；

c. 在步骤b中制备的具有3个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有3个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有3个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有3个树杈形分支的中空纤维束；

d.将在步骤c中制备的完全交联后的人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，并使具有3个树杈形分支的中空纤维束的重叠部分的剪切口平齐，露出具有3个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有3个树杈形分支的中空纤维束的3根并排粘附的中空纤维的中空通道口,同时还采用医用微创手术刀将中空水凝胶纤维的一端进行空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段剪断形成两个新的分支血管端口；

e. 在步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着3根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通3根中空纤维之间的间隔，使具有3个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有3个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分的3根的中空纤维管段作为分支血管，形成具有3个分支血管结构的主血管，最终制成具有一分为三支管的多分支血管单元。

实施例四：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种构建分支血管单元的方法，制成一分为四分支血管单元，包括如下步骤：

a. 本步骤与实施例一相同；

b. 由单根中空水凝胶纤维不间断地完成两次人字形弯折，使两次人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成4根中空水凝胶纤维粘附在一起，制成具有4个树杈形分支的中空纤维束，保留单根中空水凝胶纤维的两个端部作为多分支血管结构的分支血管部分，且以相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段也从重叠分叉起点开始作为另外的两个血管分支部分，从而形成具有4个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；

c. 在步骤b中制备的具有4个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有4个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有4个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有4个树杈形分支的中空纤维束；

d. 将在步骤c中制备的完全交联后的每个人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，使具有4个树杈形分支的中空纤维束的剪切口平齐，露出具有4个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有4个树杈形分支的中空纤维束的4根并排粘附的中空纤维的中空通道口，再将相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段剪断，形成另外新的两个血管分支部分；

e. 在步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分和增加粘附的重叠部分分别具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通4根中空纤维中间的间隔，使具有4个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维通道侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有4个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分的4根的中空纤维管段作为分支血管，形成具有4个分支血管结构的主血管，最终制成具有一分为四支管的多分支血管单元。

实施例五：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，一种构建分支血管单元的方法，制成一分为五分支血管单元，包括如下步骤：

a. 本步骤与实施例一相同；

b. 由单根中空水凝胶纤维连续地完成两次人字形弯折后，使中空水凝胶纤维的一端空绕回弯后与人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使两次人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成5根中空水凝胶纤维粘附在一起，制成具有5个树杈形分支的中空纤维束，以中空水凝胶纤维的一端空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段从重叠分叉起点开始作为两个血管分支部分，并保留单根中空水凝胶纤维的另一端部作为多分支血管结构部分的第三个血管分支部分，且以两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段从重叠分叉起点开始作为最后两个血管分支部分，从而形成具有5个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；

c.在步骤b中制备的具有5个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有5个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有5个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有5个树杈形分支的中空纤维束；

d.将在步骤c中制备的完全交联后的每个人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，使具有5个树杈形分支的中空纤维束的剪切口平齐，露出具有5个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有5个树杈形分支的中空纤维束的5根并排粘附的中空纤维的中空通道口，同时还采用医用微创手术刀将中空水凝胶纤维的一端进行空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段剪断形成两个新的分支血管端口，再将所有相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段剪断，形成另外新的两个血管分支部分；

e.在步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分和增加粘附的重叠部分分别具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着5根中空纤维之间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通5根中空纤维中间的间隔，使具有5个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维通道侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有5个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分的5根的中空纤维管段作为分支血管，形成具有5个分支血管结构的主血管，最终制成具有一分为五支管的多分支血管单元。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明中空水凝胶纤维的制备及构建分支血管单元的方法的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法，其特征在于：采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，使用同轴喷头，在同轴喷头出口处，外喷头比内喷头长，以三聚磷酸钠为内层相，从内喷头供料，以壳聚糖为外层相，从外喷头供料喷出形成空心的壳聚糖管，使从外喷头输出的壳聚糖管的内腔中均匀充满从内喷头输出的三聚磷酸钠，使三聚磷酸钠由内向外进行扩散，并与壳聚糖管的内腔表面的浅层壳聚糖发生离子交联反应，仅使壳聚糖管内壁形成复合交联材料层，而保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应，从而形成表面未完全交联的壳聚糖的中空水凝胶纤维。

2.根据权利要求1所述表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法，其特征在于：采用医用针头制成同轴喷头，其中内针头直径比外针头直径小，内针头长度比外针头长度长，在出口处外针头比内针头长，内外针头由一个三通阀连接进行组装，内针头与三通阀采用过盈配合进行径向固定，由三通阀上端的台阶进行轴向固定，外针头直接套在三通阀出口处，在同轴喷头中，三聚磷酸钠从内针头供料，壳聚糖从外针头供料。

3.一种利用权利要求1所述表面未完全交联的中空水凝胶纤维的制备方法构建分支血管单元的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a. 采用壳聚糖作为水凝胶纤维基体原料，以三聚磷酸钠为交联剂，分别配制好浓度符合喷射成形条件和进行交联反应条件的壳聚糖溶液和三聚磷酸钠溶液，通过同轴喷头制得表面未完全交联的壳聚糖的中空水凝胶纤维，使中空水凝胶纤维的内腔表面形成复合交联材料层，并保持壳聚糖管的外层未发生任何交联反应；

b.将在所述步骤a中制备的未完全交联的单根中空水凝胶纤维至少进行一次人字形弯折，使人字形弯折部分重叠，使中空水凝胶纤维部分外壁表面区域由于中空水凝胶纤维外表面未参与交联的壳聚糖而粘附在一起，保留单根中空水凝胶纤维的两端部始终分开作为两个分支血管结构部分，或者仅保留单根中空水凝胶纤维的一个端部与人字形弯折重叠部分分开作为一个分支血管结构部分并使单根中空水凝胶纤维的另一个端部空绕回弯后与人字形弯折重叠部分粘附在一起形成另外两个分支血管结构部分，制成至少具有2个树杈形分支的中空纤维束，从而形成具有分支血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；

c. 在所述步骤b中制备的分支血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的血管结构化的中空水凝胶纤维放入三聚磷酸钠溶液中，使血管结构化的中空水凝胶纤维未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的血管结构化的中空水凝胶纤维；

d.将在所述步骤c中制备的完全交联后的血管结构化的中空水凝胶纤维的对应的人字形弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，露出人字形中空水凝胶纤维弯折重叠部分，并露出人字形中空水凝胶纤维的并排粘附的多根中空纤维的中空通道口；

e. 在所述步骤d中制备的露出的多根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通任意相邻的两根中空纤维中间的间隔，使中空纤维中间的重叠管壁部分的所有中空纤维的侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使血管结构化的中空水凝胶纤维的分叉部分的中空纤维管段作为分支血管，形成具有分支血管结构的主血管，最终制成分支血管单元。

4.根据权利要求3所述构建分支血管单元的方法，其特征在于：在所述步骤b中，仅将在所述步骤a中制备的未完全交联的单根中空水凝胶纤维进行一次人字形弯折，使中空水凝胶纤维部分外壁表面区域由于中空水凝胶纤维外表面未参与交联的壳聚糖而粘附在一起，保留单根中空水凝胶纤维的两个端部作为多分支血管结构的分支血管部分，制成人字形中空纤维，从而形成具有一分为二分支血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在所述步骤e中，制得一分为二分支血管单元。

5.根据权利要求3所述构建分支血管单元的方法，其特征在于：在所述步骤b中，由单根中空水凝胶纤维完成一次人字形弯折后，使中空水凝胶纤维的一端空绕回弯后与人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成3根中空水凝胶纤维粘附在一起的结构，制成具有3个树杈形分支的中空纤维束，以中空水凝胶纤维的一端空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段从分叉起点开始作为两个血管分支部分，并保留单根中空水凝胶纤维的另一端部作为多分支血管结构部分的第三个血管分支部分，从而形成具有3个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在所述步骤c中，在所述步骤b中制备的具有3个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有3个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有3个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有3个树杈形分支的中空纤维束；则在所述步骤d中，将在所述步骤c中制备的完全交联后的人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，并使具有3个树杈形分支的中空纤维束的重叠部分的剪切口平齐，露出具有3个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有3个树杈形分支的中空纤维束的3根并排粘附的中空纤维的中空通道口,同时还采用医用微创手术刀将中空水凝胶纤维的一端进行空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段剪断形成两个新的分支血管端口；则在所述步骤e中，在所述步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着3根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通3根中空纤维之间的间隔，使具有3个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有3个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分的3根根的中空纤维管段作为分支血管，形成具有3个分支血管结构的主血管，最终制成具有一分为三支管的多分支血管单元。

6.根据权利要求3所述构建分支血管单元的方法，其特征在于：在所述步骤b中，由单根中空水凝胶纤维不间断地完成至少两次人字形弯折，使多次人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成至少为4的偶数根中空水凝胶纤维粘附在一起，制成具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束，保留单根中空水凝胶纤维的两个端部作为多分支血管结构的分支血管部分，且以相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段也从重叠分叉起点开始作为另外的两个血管分支部分，从而形成具有至少为4的偶数个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在所述步骤c中，在所述步骤b中制备的具有至少为4的偶数个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束；则在所述步骤d中，将在所述步骤c中制备的完全交联后的每个人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，使具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束的剪切口平齐，露出具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有至少为4的偶数根并排粘附的中空纤维的中空通道口，再将相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段剪断，形成另外新的两个血管分支部分；则在所述步骤e中，在所述步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分和增加粘附的重叠部分分别具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着至少为4的偶数根中空纤维中间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通至少为4的偶数根中空纤维中间的间隔，使具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维通道侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有至少为4的偶数个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分作为分支血管，形成具有至少为4的偶数个分支血管结构的主血管，最终制成具有不小于4的偶数个支管的多分支血管单元。

7.根据权利要求3所述构建分支血管单元的方法，其特征在于：在所述步骤b中，由单根中空水凝胶纤维连续地完成至少两次人字形弯折后，使中空水凝胶纤维的一端空绕回弯后与人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使多次人字形弯折的部分的重叠区域粘附在一起，使中空水凝胶纤维进行人字形弯折部分的重叠区域形成至少为5的奇数根中空水凝胶纤维粘附在一起，制成具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束，以中空水凝胶纤维的一端空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段从重叠分叉起点开始作为两个血管分支部分，并保留单根中空水凝胶纤维的另一端部作为多分支血管结构部分的又一个血管分支部分，且以任意相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段也从重叠分叉起点开始作为另外的两个血管分支部分，从而形成具有至少为5的奇数个树杈形分支的血管单元雏形的血管结构化的中空水凝胶纤维；则在所述步骤c中，在所述步骤b中制备的具有至少为5的奇数个树杈形分支的血管单元雏形形成后，将经过弯折后制备的具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束放入三聚磷酸钠溶液中，使具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束未发生交联的壳聚糖表面剩余部分与三聚磷酸钠发生交联反应，形成表面完全交联的具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束；则在所述步骤d中，将在所述步骤c中制备的完全交联后的每个人字形中空纤维的弯折部分的头部采用医用微创手术刀进行剪切去除，使具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束的剪切口平齐，露出具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束弯折重叠部分和增加粘附的重叠部分，并露出具有至少为5的奇数根并排粘附的中空纤维的中空通道口，同时还采用医用微创手术刀将中空水凝胶纤维的一端进行空绕回弯且未发生粘附的中空水凝胶纤维管段剪断形成两个新的分支血管端口，再将所有相邻的两个人字形弯折部分之间的空绕回弯的中空水凝胶纤维管段剪断，形成另外新的至少两个血管分支部分；则在所述步骤e中，在所述步骤d中制备的露出任意相邻的两根中空纤维中间的重叠管壁部分和增加粘附的重叠部分分别具有一定重叠管壁宽度，在此重叠管壁宽度范围内沿着至少为5的奇数根中空纤维之间的重叠管壁部分长度延伸方向采用微创手术刀再次进行剪切，将重叠管壁部分剪切出一定的深度，使此深度不大于重叠管壁部分长度，打通至少为5的奇数根中空纤维中间的间隔，使具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束的多根中空纤维通道侧壁互通形成分支血管结构的主血管，使具有至少为5的奇数个树杈形分支的中空纤维束的分叉部分作为分支血管，形成具有至少为5的奇数个分支血管结构的主血管，最终制成具有不小于5的奇数个支管的多分支血管单元。

8.根据权利要求3~7中任意一项所述构建分支血管单元的方法，其特征在于：在所述步骤a中，将离心后的成纤维细胞倒入按照设定浓度配制好壳聚糖溶液中，并搅拌均匀，然后通过消毒后的同轴喷头制得表面未完全交联的中空水凝胶纤维；则在所述步骤e中，制得载成纤维细胞的分支血管单元。