CN108404219A - 一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管及其制备方法。所述制备方法为：将天然高分子材料溶于水中，制成天然高分子溶液，灌入模具之中，将模具插入到液氮中进行冷冻成型；将冷冻成型的人工血管取出模具，进行冻干后，浸泡于戊二醛溶液中进行交联处理，最后在人工血管外表面均匀涂刷合成高分子溶液，得到人工血管。本发明所述人工血管内层为天然高分子材料，具有降解周期短，快速促进自体血管再生的特性，外层为合成高分子材料，既具有一定的力学性能，又可防止血液渗漏；人工血管内表面具有径向结构，可以促进内皮细胞在材料表面的粘附，使人工血管内皮化，极大提高了人工血管的抗凝能力。
Description
技术领域
本发明属于生物医用材料领域，具体涉及一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管及其制备方法。
背景技术
随着全球人口老龄化进程的不断加剧，心血管类疾病呈现逐年上升趋势，已成为人类健康的第一杀手。由心血管疾病和动脉硬化导致的严重血管堵塞单靠血管支架和药物治疗无法痊愈，部分患者术后，支架内出现再次狭窄，而治疗心血管疾病的药物也存在一定风险。目前的主要治疗手段为血管移植，但是自体血管来源极其有限，同种异体或异种的血管又存在免疫排斥、违背伦理等问题，因此，临床上急需大量的人工血管作为移植替代物。大、中型口径的人工血管已经在临床取得令人满意的效果，然而内径小于6毫米的小口径人工血管容易堵塞，这一直是开发人工血管的痛点所在。
当前国内外人工血管的研究绝大多数是采取医用高分子材料进行编织。现有的用于临床血管的各种高分子材料，可分为两类，一类为人工合成高分子材料，如涤纶、膨化聚四氟乙烯、聚氨酯、PGA、PHA类等；另一类为天然生物材料，如胶原、透明质酸、丝素蛋白、壳聚糖、细菌纤维素等。基于这些材料合成的大口径人工血管在临床上已取得了显著成效，并且实现了商业化。但在替代口径小于6mm的小口径血管方面，如四肢动脉血管、冠状动脉血管等，不管是人工合成高分子材料还是天然高分子材料都存在很多严重的问题。人工合成材料降解周期长，弹性差，内皮化弱，不利于自体血管生成。天然高分子材料强度低，致密性差，用天然高分子材料做成的血管，容易发生断裂和渗漏。同时，合成高分子材料和天然高分子材料容易发生凝血现象，形成血栓。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，包括如下步骤：
(1)将天然高分子材料溶于水中，制成天然高分子溶液；
(2)将步骤(1)所得高分子溶液灌入模具之中，将模具插入到液氮中进行冷冻成型；
(3)将冷冻成型的人工血管取出模具，冻干后，浸泡于戊二醛溶液中进行交联处理，最后在人工血管外表面均匀涂刷合成高分子溶液，即得到一种小口径人工血管。
上述方案中，步骤(1)所述天然高分子材料为丝素蛋白、明胶、羧甲基壳聚糖、胶原蛋白、纤粘蛋白、层连蛋白和透明质酸中的一种或几种。
上述方案中，步骤(1)所述天然高分子溶液的质量浓度为10％～20％。
上述方案中，步骤(2)所述模具具有环状空腔，将天然高分子溶液灌入到环状空腔内，冷冻成型时模具呈竖立状态。
上述方案中，步骤(2)所述模具带有导热底座，将模具的底座浸没于到液氮中，随着液氮吸热汽化，模具底部内的天然高分子溶液受冷凝结成冰，然后由下至上，模具内的天然高分子溶液逐渐由液态转化为固态。进一步地，所述导热底座为铜制底座。
上述方案中，步骤(2)所述冷冻成型时间15～25min。
上述方案中，步骤(3)所述冻干的参数为-50℃～-45℃，1～5pa。
上述方案中，步骤(3)所述戊二醛溶液质量分数为1％～5％。
上述方案中，步骤(3)所述交联处理的时间为20min～30min。
上述方案中，步骤(3)所述合成高分子为聚氨酯、聚左旋乳酸、聚右旋乳酸、聚乙烯醇和聚己内酯中的一种或几种。
上述方案中，步骤(3)所述合成高分子溶液的质量浓度为8％～10％。
本发明中所使用模具包括导热底座、实心圆柱和中空管套，具体地，所述导热底座为铜制底座；使用时，实心圆柱套在中空管套内，且实心圆柱和中空管套固定在铜制底座上形成竖立的环状空腔。
本发明的有益效果如下：(1)本发明所述小口径人工血管内层为天然高分子材料，具有降解周期短，促进自体血管再生的特性，外层为合成高分子材料，使得人工血管具有一定的力学性能(相比于对照组，拉伸强度等指标有显著提升)，达到了作为血管的力学要求，并且可以防止血液渗漏；(2)本发明采用冷冻铸造技术，溶液受控冻结后，生长出层状冰晶，而溶液中的颗粒积聚在层状晶体之间，导致形成层状材料，通过冷冻干燥，冰晶升华，留下颗粒，从而使人工血管表面具有径向结构；人工血管内表面的径向结构可以促进内皮细胞在材料表面的粘附，使人工血管内皮化，极大提高了人工血管的抗凝能力；(3)本发明制备工艺简单，对环境友好，经济效益高。
附图说明
图1为本发明所述小口径人工血管的内表面径向结构图。
图2为本发明所述模具的示意图。
图3为本发明所述小口径人工血管的实物图。
图4为本发明所述小口径人工血管移植至家兔颈动脉后的彩超图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
以下实施例中，所使用得模具由三部分构成，即铜制底座，直径3mm的实心圆柱，内径5mm，外径7mm的中空管套，示意图如图2所示。使用时，实心圆柱套在中空管套内，且实心圆柱和中空管套固定在铜制底座上形成竖立的环状空腔。
实施例1
一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，包括如下步骤：
(1)将再生丝素蛋白溶于水中，制成质量浓度10％再生丝素蛋白溶液；
(2)将步骤(1)所得再生丝素蛋白溶液灌入模具之中，模具带有铜制底座；然后将模具的铜制底座插入到-196℃液氮中冷冻20min直至成型；
(3)将冷冻成型的人工血管取出模具，在-50℃，1pa的条件下冻干后，人工血管内表面出现结构；然后将人工血管浸泡于1wt％戊二醛溶液中进行交联处理，时间为30分钟；最后在人工血管外表面均匀涂刷10wt％合成高分子溶液(由聚己内酯溶解于六氟异丙醇中，制成8wt％的溶液)，即得到一种内径为3mm，外径为5mm的小口径人工血管。
实施例2
一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，包括如下步骤：
(1)将羧甲基壳聚糖溶于水中，制成质量份数为15％的羧甲基壳聚糖溶液；
(2)将步骤(1)所得羧甲基壳聚糖溶液灌入模具之中，模具带有铜制底座；然后将模具插入到-196℃液氮中冷冻18min直至成型；
(3)将冷冻成型的人工血管取出模具，在-50℃，1pa的条件下冻干后，人工血管内表面出现径向结构；然后将人工血管浸泡于质量浓度为1％的戊二醛溶液中进行交联处理，时间为30分钟；最后在人工血管外表面均匀涂刷10％合成高分子溶液(由聚乳酸溶解于六氟异丙醇形成质量浓度为10％的溶液)，即得到一种内径为3mm，外径为5mm的小口径人工血管。
实施例3
一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，包括如下步骤：
(1)将胶原蛋白溶于水中，制成质量浓度为12％的胶原蛋白溶液；
(2)将步骤(1)所得胶原蛋白溶液灌入模具之中，模具带有铜制底座；然后将模具插入到-196℃液氮中冷冻15min直至成型；
(3)将冷冻成型的人工血管取出模具，在-50℃，1pa的条件下冻干后冻干后，人工血管内表面出现径向结构；然后将人工血管浸泡于质量浓度为1％的戊二醛溶液中进行交联处理，时间为30分钟；最后在人工血管外表面均匀涂刷10wt％合成高分子溶液(由聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶解于六氟异丙醇形成溶液)，即得到一种内径为3mm，外径为5mm的小口径人工血管。
实施例4
一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，包括如下步骤：
(1)将透明质酸溶于水中，制成质量浓度为15％的透明质酸溶液；
(2)将步骤(1)所得透明质酸溶液灌入模具之中，模具带有铜制底座；然后将模具插入到-196℃液氮中冷冻22min直至成型；
(3)将冷冻成型的人工血管取出模具，在-50℃，1pa的条件下冻干后，人工血管内表面出现径向结构；然后将人工血管浸泡于2wt％戊二醛溶液中进行交联处理，时间为20分钟；最后在人工血管外表面均匀涂刷10wt％合成高分子溶液(由聚乳酸-羟基乙酸共聚物溶解于六氟异丙醇形成溶液)，即得到一种内径为3mm，外径为5mm的小口径人工血管。
实施例5
一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，包括如下步骤：
(1)将明胶溶于水中，制成质量浓度为10％明胶溶液；
(2)将步骤(1)所得明胶溶液灌入模具之中，模具带有铜制底座；然后将模具插入到-196℃液氮中冷冻25min直至成型；
(3)将冷冻成型的人工血管取出模具，在-50℃，1pa的条件下冻干后，人工血管内表面出现径向结构；然后将人工血管浸泡于5wt％戊二醛溶液中进行交联处理，时间为15分钟；最后在人工血管外表面均匀涂刷合成10wt％高分子溶液(由聚乙烯溶解于六氟异丙醇形成溶液)，即得到一种内径为3mm，外径为5mm的小口径人工血管。
实施例6
一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，包括如下步骤：
(1)将再生丝素蛋白和明胶溶于水中，制成质量浓度为10％的再生丝素蛋白和明胶溶液；
(2)将步骤(1)所得再生丝素蛋白和明胶溶液灌入模具之中，模具带有铜制底座；然后将模具插入到-196℃液氮中冷冻21min直至成型；
(3)将冷冻成型的人工血管取出模具，在-50℃，1pa的条件下冻干后，人工血管内表面出现径向结构；然后将人工血管浸泡于质量浓度为1％戊二醛溶液中进行交联处理，时间为30分钟；最后在人工血管外表面均匀涂刷合成8wt％高分子溶液(由聚乙烯醇溶解于六氟异丙醇形成溶液)，即得到一种内径为3mm，外径为5mm的小口径人工血管。
本发明所制备小口径人工血管的内表面径向结构图如图1所示，从图1可以看出人工血管内表面有径向结构，人工血管内表面的径向结构可以促进内皮细胞在材料表面的粘附，使人工血管内皮化，极大提高了人工血管的抗凝能力；本发明所制备小口径人工血管的力学性能如下表1所示，从表1可以看出：外层涂刷合成高分子材料后，人工血管的力学性能有大幅提升。将本发明所制备小口径人工血管移植到家兔颈动脉后，彩超图如图3所示，图3说明了移植一个月后，兔子的颈动脉有血流通过，证明人工血管内皮化完成，具有抗凝血能力。
表1人工血管的力学性能表征
| 弹性模量(MPa) | 拉伸强度(MPa) | 断裂伸长率(％) | |
| 未涂覆高分子材料 | 0.28±0.11 | 0.08±0.01 | 20.64±6.52 |
| 涂覆高分子材料 | 4.67±1.09 | 0.68±0.09 | 246.86±83.89 |
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将天然高分子材料溶于水中，制成天然高分子溶液；
（2）将步骤（1）所得天然高分子溶液灌入模具之中，将模具插入到液氮中进行冷冻成型；
（3）将冷冻成型的人工血管取出模具，进行冻干后，浸泡于戊二醛溶液中进行交联处理，最后在人工血管外表面均匀涂刷合成高分子溶液，即得到一种小口径人工血管。
2.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（1）所述天然高分子材料为丝素蛋白、明胶、羧甲基壳聚糖、胶原蛋白、纤粘蛋白、层连蛋白和透明质酸中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（2）所述模具具有环状空腔，将天然高分子溶液灌入到环状空腔内，冷冻成型时模具呈竖立状态。
4.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（2）所述模具带有导热底座，将模具的底座浸没于到液氮中，随着液氮吸热汽化，模具底部内的天然高分子溶液受冷凝结成冰，然后由下至上，模具内的天然高分子溶液逐渐由液态转化为固态。
5.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（2）中所述冷冻成型的时间15~25min。
6.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（3）所述冻干的参数为-50℃~-45℃，1~5pa。
7.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（3）所述戊二醛溶液质量分数为1%~5%。
8.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（3）所述交联处理的时间为20min~30min。
9.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（3）所述合成高分子为聚氨酯、聚左旋乳酸、聚右旋乳酸、聚乙烯醇和聚己内酯中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的基于冷冻铸造技术的小口径人工血管，其特征在于，步骤（3）所述天然高分子溶液的质量浓度为10%~20%，所述合成高分子溶液的质量浓度为8%~10%。
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