CN107361880B - 一种仿生颈动脉血管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种仿生颈动脉血管的制备方法，先制备仿生颈动脉血管树脂模型和树脂负型，填充液态硅胶，固化后脱模获得仿生颈动脉血管硅橡胶模型和硅橡胶负型；将硅橡胶模型组装，向其中灌注去离子水，超低温冰冻形成仿生颈动脉血管冰模；向仿生颈动脉血管硅橡胶负型中注入生物材料水溶液，经交联处理，分离半凝胶与模型负型，完成半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分；将仿生颈动脉冰模与半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分进行组装，灌注生物材料水溶液，冰模融化，生物材料溶液交联形成水凝胶，得到水凝胶仿生颈动脉血管；将细胞悬液灌入水凝胶仿生颈动脉血管中，在水凝胶仿生颈动脉结构内表面形成细胞层，形成仿生颈动脉血管；本发明兼具仿形、仿生。
Description
技术领域
本发明涉及仿血管制备技术领域，特别涉及一种仿生颈动脉血管的制备方法。
背景技术
颈动脉病变是造成脑血管疾病的主要原因。颈动脉病变产生的原因包括其结构对血液流动的影响，同时也包括血管中细胞产生的机能障碍，因此研究颈动脉病变原理不仅仅需要构建与人体颈动脉相似的结构，而且需要其具备一定的颈动脉功能。因此制造具有功能性的人造颈动脉是当前国内外研究的热点问题。
制造技术与生命科学的结合实现了生物组织制造从仿形到仿生的实质性转变，为制备仿生颈动脉血管打下了基础，但是因血管结构的特点，现有工艺做不到仿形、仿生两者兼具，因此构建高度仿生的颈动脉血管是现在研究的关键。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种仿生颈动脉血管的制备方法，能够构建高度仿生的颈动脉血管，兼具仿形、仿生。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种仿生颈动脉血管的制备方法，包括以下步骤：
1)根据统计人体颈动脉血管形态和尺寸，通过计算机辅助软件设计截面为圆形的颈动脉结构，圆形的颈动脉结构由颈总动脉、颈动脉窦、颈内动脉和颈外动脉组成，利用颈动脉结构的横截面半圆部分构建制造仿生颈动脉血管模型和仿生颈动脉血管负型，导出仿生颈动脉血管模型和仿生颈动脉血管负型的STL数据，使用光固化成型技术制备仿生颈动脉血管树脂模型和仿生颈动脉血管树脂负型；
2)利用液态硅胶在真空条件下填充步骤1)制备的仿生颈动脉血管树脂模型和仿生颈动脉血管树脂负型，然后在室温下静置使其充分固化，固化后脱模，即获得颈动脉结构半圆部分的仿生颈动脉血管硅橡胶负型和仿生颈动脉血管硅橡胶模型；
3)将步骤2)制备的仿生颈动脉血管硅橡胶模型进行组装形成完整仿生颈动脉血管硅橡胶模型；
4)向完整仿生颈动脉血管硅橡胶模型中灌注去离子水，超低温冰冻形成仿生颈动脉血管冰模；
5)向步骤2)制备的仿生颈动脉血管硅橡胶负型中注入生物材料水溶液，经交联处理，使生物材料半凝胶化，然后分离半凝胶与模型负型，完成半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分；
6)将步骤4)制成的仿生颈动脉血管冰模与步骤5)制备的半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分进行组装，组装完毕后灌注步骤5)所述的生物材料水溶液，放置于37℃环境中，冰模融化，生物材料溶液完全交联形成水凝胶，得到水凝胶仿生颈动脉血管；
7)将细胞悬液灌入步骤6)制备的水凝胶仿生颈动脉血管中，在37℃环境中旋转种植4小时，在水凝胶仿生颈动脉结构内表面形成细胞层，形成仿生颈动脉血管。
所述的步骤1)中颈总动脉直径在5.5～6.5mm之间，颈动脉窦直径在5.9～6.8mm之间，颈内动脉直径在3.3～3.7mm之间，颈外动脉在3.8～4.2mm之间。
所述的步骤2)中液态硅胶在真空负压为0.05～0.15MPa填充仿生颈动脉树脂模型和仿生颈动脉树脂负型。
所述的步骤5)中生物材料为明胶、胶原、海藻酸钠或聚合物。
所述的步骤5)中交联方法为酶交联、离子交联或光交联。
所述的步骤7)中细胞悬液由血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞中一种或者多种组成。
所述的步骤7)中细胞悬液浓度为1×105～2×106Cells/ml。
本发明的有益效果为：本发明采用生物性能良好的生物材料构建仿生颈动脉的结构，将细胞悬液灌入仿生颈动脉结构中，经旋转培养形成细胞层，使仿生颈动脉结构具有一定的功能，形成仿生颈动脉血管，仿生颈动脉血管有着与真实血管相似的生物功能，可用于药物筛选和病理研究，具有以下优点：
1、模拟人体颈动脉血管的结构与尺寸，有利于研究人体颈动脉病变的产生和发展；
2、采用先进成型方法与传统指控工艺相结合，既能满足仿生颈动脉血管的设计要求，又能保证成型精度；
3、水凝胶仿生颈动脉结构可复合细胞层，保证了其具有和真实颈动脉血管相似的生理功能，有利于应用于药物筛选。
附图说明
图1是本发明的仿生颈动脉血管的基本结构图。
图2是仿生颈动脉血管的制造方法流程图；其中：图2-a是仿生颈动脉血管树脂负型示意图，图2-b是仿生颈动脉血管硅橡胶模型制备示意图，图2-c是仿生颈动脉血管硅橡胶模型组装示意图，图2-d是完整仿生颈动脉血管硅橡胶模型中注入去离子水示意图，图2-e是仿生颈动脉血管冰模示意图，图2-f是仿生颈动脉血管树脂模型示意图，图2-g是仿生颈动脉血管硅橡胶负型制备示意图，图2-h是半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分制备示意图，图2-i是半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分脱模示意图，图2-j是半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分示意图，图2-k是半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分和仿生颈动脉血管冰模组装示意图，图2-l是灌注明胶和mTG酶的混合生物溶液示意图，图2-m是完全水凝胶化的仿生颈动脉血管示意图，图2-n是完全水凝胶化的仿生颈动脉血管旋转种植细胞示意图，图2-o是仿生颈动脉血管示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明加以详述，以构建明胶水凝胶仿生颈动脉血管为例。
参照图1，一种仿生颈动脉血管的基本结构图，该仿生颈动脉血管结构与人体颈动脉相似，由颈总动脉分至内颈动脉和外颈动脉，由明胶材料制成，有助于血管细胞的粘附增殖。
参照图2，一种仿生颈动脉血管的制备方法，包括下列步骤：
1)根据统计人体颈动脉血管形态和尺寸，通过计算机辅助软件设计截面为圆形的颈动脉结构，圆形的颈动脉结构由颈总动脉、颈动脉窦、颈内动脉和颈外动脉组成，其中，颈总动脉直径为6.1mm，颈动脉窦直径为6.8mm，颈内动脉直径为3.5mm，颈外动脉为4.2mm，利用颈动脉结构的横截面半圆部分构建制造仿生颈动脉血管模型和仿生颈动脉血管负型，导出仿生颈动脉血管模型和仿生颈动脉血管负型的STL数据，使用光固化成型技术制备仿生颈动脉血管树脂负型1和仿生颈动脉血管树脂模型6，如图2-a和2-f所示；
2)利用液态硅胶在真空条件下填充步骤1)制备的仿生颈动脉血管树脂负型1和仿生颈动脉血管树脂模型6，真空负压为0.05～0.15MPa，然后在室温下静置使其充分固化，固化后脱模，即获得颈动脉结构半圆部分的仿生颈动脉血管硅橡胶模型2和仿生颈动脉血管硅橡胶负型7，如图2-b和2-g所示；
3)将步骤2)制备的仿生颈动脉血管硅橡胶模型2进行组装形成完整仿生颈动脉血管硅橡胶模型3，如图2-c和2-d所示；
4)向完整仿生颈动脉血管硅橡胶模型3中灌注去离子水4，如图2-d所示，超低温冰冻形成仿生颈动脉血管冰模5，如图2-e所示；
5)向步骤2)制备的仿生颈动脉血管硅橡胶负型7中注入明胶和mTG酶的混合生物溶液8，如图2-h所示，经不完全的化学交联，使明胶和mTG酶的混合溶液半凝胶化，形成半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分9，然后分离半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分9与仿生颈动脉血管硅橡胶负型7，如图2-i所示，制备完成半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分9，如图2-j所示；
6)将步骤4)制成的仿生颈动脉血管冰模5与步骤5)制备的半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分9进行组装，如图2-k所示，组装完毕后灌注明胶和mTG酶的混合生物溶液8，如图2-l所示,经37℃环境中6小时仿生颈动脉血管冰模5融化为去离子水4流出，明胶和mTG酶的混合生物溶液8完全化学交联，形成稳定的完全水凝胶化的仿生颈动脉血管10，如图2-m所示；
7)将浓度为1×105Cells/ml的内皮细胞悬液11灌入步骤6)制备的完全水凝胶化的仿生颈动脉血管10中，在37℃环境中旋转种植4小时，如图2-n所示，在完全水凝胶化的仿生颈动脉血管10的内表面形成细胞层，形成仿生颈动脉血管12，如图2-o所示。
Claims (7)
1.一种仿生颈动脉血管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据统计人体颈动脉血管形态和尺寸，通过计算机辅助软件设计截面为圆形的颈动脉结构，圆形的颈动脉结构由颈总动脉、颈动脉窦、颈内动脉和颈外动脉组成，利用颈动脉结构的横截面半圆部分构建制造仿生颈动脉血管模型和仿生颈动脉血管负型，导出仿生颈动脉血管模型和仿生颈动脉血管负型的STL数据，使用光固化成型技术制备仿生颈动脉血管树脂模型和仿生颈动脉血管树脂负型；
2)利用液态硅胶在真空条件下填充步骤1)制备的仿生颈动脉血管树脂模型和仿生颈动脉血管树脂负型，然后在室温下静置使其充分固化，固化后脱模，即获得颈动脉结构半圆部分的仿生颈动脉血管硅橡胶负型和仿生颈动脉血管硅橡胶模型；
3)将步骤2)制备的仿生颈动脉血管硅橡胶模型进行组装形成完整仿生颈动脉血管硅橡胶模型；
4)向完整仿生颈动脉血管硅橡胶模型中灌注去离子水，超低温冰冻形成仿生颈动脉血管冰模；
5)向步骤2)制备的仿生颈动脉血管硅橡胶负型中注入生物材料水溶液，经交联处理，使生物材料半凝胶化，形成半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分，然后分离半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分与仿生颈动脉血管硅橡胶负型，完成半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分；
6)将步骤4)制成的仿生颈动脉血管冰模与步骤5)制备的半水凝胶化的仿生颈动脉半圆部分进行组装，组装完毕后灌注步骤5)所述的生物材料水溶液，放置于37℃环境中，仿生颈动脉血管冰模融化成去离子水流出，生物材料溶液完全交联形成水凝胶，得到完全水凝胶化的仿生颈动脉血管；
7)将细胞悬液灌入步骤6)制备的完全水凝胶化的仿生颈动脉血管中，在37℃环境中旋转种植4小时，在完全水凝胶化的仿生颈动脉血管内表面形成细胞层，形成仿生颈动脉血管。
2.根据权利要求1所述的一种仿生颈动脉血管的制备方法，其特征在于：所述的步骤1)中颈总动脉直径在5.5～6.5mm之间，颈动脉窦直径在5.9～6.8mm之间，颈内动脉直径在3.3～3.7mm之间，颈外动脉在3.8～4.2mm之间。
3.根据权利要求1所述的一种仿生颈动脉血管的制备方法，其特征在于：所述的步骤2)中液态硅胶在真空负压为0.05～0.15MPa填充仿生颈动脉树脂模型和仿生颈动脉树脂负型。
4.根据权利要求1所述的一种仿生颈动脉血管的制备方法，其特征在于：所述的步骤5)中生物材料为明胶、胶原或海藻酸钠。
5.根据权利要求1所述的一种仿生颈动脉血管的制备方法，其特征在于：所述的步骤5)中交联方法为酶交联、离子交联或光交联。
6.根据权利要求1所述的一种仿生颈动脉血管的制备方法，其特征在于：所述的步骤7)中细胞悬液由血管内皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞中一种或者多种组成。
7.根据权利要求1所述的一种仿生颈动脉血管的制备方法，其特征在于：所述的步骤7)中细胞悬液浓度为1×105～2×106Cells/ml。
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