CN111068113A - 一种纳米纤维涂层人造血管、涂层的制备方法及制备装置 - Google Patents

一种纳米纤维涂层人造血管、涂层的制备方法及制备装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纳米纤维涂层人造血管及涂层的制备方法，还涉及制备装置，制备方法包括以下步骤：通过静电纺丝的方法制备生物活性材料/乳酸己内酯共聚物复合的纳米纤维膜；将纳米纤维膜剪碎，置于去离子水中利用高速匀浆机将纤维分散均匀，制备生成纳米纤维溶液；将所述纳米纤维溶液通过待涂层的人造血管，并使人造血管内的纳米纤维溶液达到设定液压使纳米纤维渗入人造血管的管壁；去除人造血管管腔内的残余溶液，并对人造血管进行干燥处理；交联得到含有纳米纤维涂层的人造血管。该涂层能够使人造血管实现术中不漏血，且降低了涂层对人造血管硬度和顺应性的影响。

Description

一种纳米纤维涂层人造血管、涂层的制备方法及制备装置
技术领域
本发明涉及一种人造血管，尤其涉及一种纳米纤维涂层人造血管、涂层的制备方法及制备装置。
背景技术
血管系统包括心脏、血管和血液。心脏将新鲜的血液经大大小小的血管运输到身体各部位进行体内的营养成分和废物的交换，以确保各器官的正常功能。然而动脉粥样硬化、血管瘤和外力创伤等病因造成多种动脉和静脉血管缺损，需要通过外科手术采用不同直径的血管替代品进行对应病变血管部位置换、搭桥等修护治疗。血管替代品一般有自体血管、异种血管、同种异体血管和人造血管，由于自体血管常常受到患者年龄、已存在的血管疾病等因素的限制以及异种血管和同种异体血管的来源问题，临床上需要大量人造血管来对病变血管进行修护。
涤纶（PET）人造血管是在大血管领域广泛使用的一种人造血管，其由PET纱线织造加工而成，管壁孔径较大，术中易漏血，一般采用预凝血或生物涂层的方法来避免术中漏血。预凝血操作：是在术中使用患者的血液，对人造血管的管壁进行浸润和涂层，待血液凝固后，可封堵住血管壁上的孔眼。预凝血操作会增加术者的手术时间和难度，并且其有效性取决于病患血液的化学性质和术者的技能。生物涂层操作：通过胶原蛋白溶液或者丝素蛋白溶液对人造血管的管壁进行浸润，待溶液干燥以后，封闭住血管壁上的孔隙。通过胶原蛋白溶液或丝素蛋白溶液对人造血管进行涂层，可以达到人造血管不漏血的目的。同时，这种涂层方法几乎完全封闭了PET人造血管的管壁孔隙，会增加血管的硬度，降低血管的顺应性。当顺应性较差的人造血管植入体内时，会由于管壁与自体血管壁的弹性差别较大，易在血管吻合口造成不同的压力波传播率，引起波的反射并形成涡流，导致人造血管管腔表面血液凝结和细胞增生，降低人造血管的通畅率。PET人造血管制造商通过对涂层后的人造血管涂覆甘油，降低人造血管的硬度，以此改善人造血管的顺应性。但是这也难以完全抵消传统涂层操作对人造血管硬度和顺应性的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人造血管涂层，能够使人造血管实现术中不漏血，且降低了涂层对人造血管硬度和顺应性的影响。
为了实现上述目的，所采取的技术方案为：一种人造血管涂层的制备方法，包括以下步骤
S01 通过静电纺丝的方法制备生物活性材料/乳酸己内酯共聚物复合的纳米纤维膜；
S02 将纳米纤维膜剪碎，置于去离子水中利用高速匀浆机将纤维分散均匀，制备生成纳米纤维溶液；
S03 将所述纳米纤维溶液通过待涂层的人造血管，并使人造血管内的纳米纤维溶液达到设定液压使纳米纤维渗入人造血管的管壁；
S04 去除人造血管管腔内的残余溶液，并对人造血管进行干燥处理；
S05交联得到含有纳米纤维涂层的人造血管。
进一步的，所述待涂层的人造血管为PET人造血管。
进一步的，所述生物活性材料为胶原蛋白、丝素蛋白中的一种或两种组成。这两种材料均具有很好的生物相容性和亲水性能，且来源广泛。良好的生物相容性，可以降低人造血管使用时的排异反应；良好的亲水性，有利于内皮细胞的粘附，使人造血管快速内皮化，减少血栓形成。
进一步的，静电纺丝制备纳米纤维膜的参数为：纺丝溶液浓度为6%-12% w/v，溶剂为六氟异丙醇，纺丝给液速度为1mL/h-2mL/h，纺丝电压为8-15kV。
进一步的，所述纳米纤维溶液中生物活性材料/乳酸己内酯共聚物纳米纤维的浓度为5%-20%，纳米纤维的丝径为50纳米-1000纳米，纳米纤维溶液使用前需进行真空脱气处理。
进一步的，所述干燥处理为人造血管在涂层加工后，置于鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为40-55℃，干燥时间为30-120分钟。
进一步的，所述步骤S05中交联过程为：将带涂层人造血管浸泡到京尼平溶液中进行交联，交联时间为0.5h-24h，交联温度为37℃，人造血管交联用的交联剂为京尼平，京尼平溶液浓度为0.5%-2.0%，京尼平溶液的溶解温度为37℃，溶剂为水和乙醇的共混物，水和乙醇的体积比为80:20。京尼平是一种天然的交联剂，主要以栀子为原料提取所得，其细胞毒性为传统交联剂戊二醛的1/10000，作为一种天然的交联剂，除具有与传统人工合成的化学交联剂相近的交联高效性外，还具有毒性低、细胞相容性好的优势。用京尼平进行交联后，胶原蛋白、丝素蛋白材料的生物降解性、力学性能都可以得到一定的提高。
本发明所产生的有益效果包括：本发明所产生的有益效果包括： (1)本发明的一种人造血管涂层的加工方法，可以使PET人造血管实现术中不漏血，使用了生物活性材料和乳酸己内酯共聚物复合纳米纤维作为涂层的原料，降低了涂层对人造血管硬度和顺应性的影响。本发明的人造血管涂层加工方法可在PET人造血管领域得到广泛应用。
（2）纳米纤维的丝径在50纳米-1000纳米之间，填充到PET人造血管的织物孔隙中，这可以起到降低人造血管孔径以达到术中防漏血的目的。而且，纳米纤维具有极高的比表面积，这可以降低人造血管壁单位面积的涂层重量，且纳米纤维也具有良好的柔韧性。降低人造血管壁单位面积的涂层重量以及涂层本身具有的良好的柔韧性都可以降低涂层对人造血管硬度和顺应性的影响。
(3)本方法操作简单，可重复性好，经济效益高。
附图说明
图1 按照本发明的方法制备的带涂层人造血管示意图；
图2 本发明中人造血管涂层的制备装置结构示意图。
图中1、溶液池，2、循环管路，3、蠕动泵，4、人造血管，5、压力表，6、阀门，7、卡扣。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为本发明的保护范围并不受具体实施例的限制。
下面以向结构是波纹化的PET人造血管上涂层为例描述涂层过程，如图1。一种人造血管涂层的制备装置，如图2，包括溶液池1、蠕动泵3、压力表5、阀门6和循环管路2，循环管路依次连通溶液池1、蠕动泵3、压力表5和阀门6，在蠕动泵3和压力表5之间的循环管路2上设置人造血管4，人造血管4的两端通过卡扣7连接循环管路2，溶液池1中为待涂层溶液，待涂层溶液为生物活性材料/乳酸己内酯共聚物纳米纤维。
实施例1
通过静电纺丝的方法制备胶原蛋白/乳酸己内酯共聚物复合的纳米纤维膜，纺丝参数为：胶原蛋白和乳酸己内酯共聚物的质量比为25:75，纺丝液浓度为8.0%，纺丝给液速度为1.2mL/h，纺丝电压为12kV。
将静电纺丝制备得到的纳米纤维膜剪碎，置于去离子水中利用高速匀浆机将纤维分散均匀，制备生成浓度为10%的胶原蛋白/乳酸己内酯共聚物纳米纤维溶液。对上述纳米纤维溶液真空脱气处理待用。
使用蠕动泵，将胶原蛋白/乳酸己内酯共聚物纳米纤维溶液通过循环管路流经直径为20mm的PET人造血管的管腔，通过控制管路阀门的松紧程度，使人造血管的管腔液体压力为140mmHg，使纳米纤维完全渗入到人造血管的管壁，随后恢复管路的压力，关闭蠕动泵，去除人造血管管腔内的残余溶液。
对人造血管进行干燥处理，置于鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为45℃，干燥时间为60分钟。使用京尼平对涂层后的人造血管进行交联，溶液浓度为1.0%，溶剂为水和乙醇的共混物，水和乙醇的体积比为80:20，人造血管浸泡到京尼平溶液中进行交联，交联时间为6h，交联温度为37℃。
人造血管渗水性能的测试：将人造血管的一端固定在渗水仪上，另一端用金属夹进行封闭。打开渗水仪的水阀，使人造血管充水，在（16.0±0.3）kPa的水压下，测量10min内从管壁渗出的水的体积。制备得到的人造血管，在16kPa下渗水为0。
用定制的血管顺应性测试装置测定湿态下PET人造血管涂层前后的顺应性，测试装置主要模拟人体血液流动对血管壁造成压力而膨胀，记录血管在舒张和收缩时内径的变化，从而计算出顺应性的大小。计算方式如下：%Compliance=[（RP2-RP1）/RP1]/(P2-P1)×104，其中，R是人造血管的内径，RP1是压力在80mmHg时的内径，RP2是压力在120mmHg时的内径，P1=80mmHg，P2=120mmHg。通过测试计算得出人造血管涂层前的顺应性为4.1%，涂层后的顺应性为3.9%。
实施例2
通过静电纺丝的方法制备丝素蛋白/乳酸己内酯共聚物复合的纳米纤维膜，纺丝参数为：丝素蛋白和乳酸己内酯共聚物的质量比为50:50，纺丝液浓度为9.0%，纺丝给液速度为1.0mL/h，纺丝电压为14kV。
将静电纺丝制备得到的纳米纤维膜剪碎，置于去离子水中利用高速匀浆机将纤维分散均匀，制备生成浓度为5%的丝素蛋白/乳酸己内酯共聚物纳米纤维溶液。对上述纳米纤维溶液真空脱气处理待用。
使用蠕动泵，将丝素蛋白/乳酸己内酯共聚物纳米纤维溶液通过循环管路流经直径为18mm的PET人造血管的管腔，通过控制管路阀门的松紧程度，使人造血管的管腔液体压力为120mmHg，使纳米纤维完全渗入到人造血管的管壁，随后恢复管路的压力，关闭蠕动泵，去除人造血管管腔内的残余溶液。
对人造血管进行干燥处理，置于鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为45℃，干燥时间为60分钟。使用京尼平对涂层后的人造血管进行交联，溶液浓度为1.0%，溶剂为水和乙醇的共混物，水和乙醇的体积比为80:20，人造血管浸泡到京尼平溶液中进行交联，交联时间为8h，交联温度为37℃。
人造血管渗水性能的测试：将人造血管的一端固定在渗水仪上，另一端用金属夹进行封闭。打开渗水仪的水阀，使人造血管充水，在（16.0±0.3）kPa的水压下，测量10min内从管壁渗出的水的体积。制备得到的人造血管，在16kPa下渗水为0。
用定制的血管顺应性测试装置测定湿态下PET人造血管涂层前后的顺应性，测试装置主要模拟人体血液流动对血管壁造成压力而膨胀，记录血管在舒张和收缩时内径的变化，从而计算出顺应性的大小。计算方式如下：%Compliance=[（RP2-RP1）/RP1]/(P2-P1)×104，其中，R是人造血管的内径，RP1是压力在80mmHg时的内径，RP2是压力在120mmHg时的内径，P1=80mmHg，P2=120mmHg。通过测试计算得出人造血管涂层前的顺应性为3.8%，涂层后的顺应性为3.7%。
实施例3
通过静电纺丝的方法制备丝素蛋白/胶原蛋白/乳酸己内酯共聚物复合的纳米纤维膜，纺丝参数为：丝素蛋白、胶原蛋白和乳酸己内酯共聚物的质量比为25:25:50，纺丝液浓度为10%，纺丝给液速度为1.0mL/h，纺丝电压为12kV。
将静电纺丝制备得到的纳米纤维膜剪碎，置于去离子水中利用高速匀浆机将纤维分散均匀，制备生成浓度为8%的胶原蛋白/乳酸己内酯共聚物纳米纤维溶液。对上述纳米纤维溶液真空脱气处理待用。
使用蠕动泵，将丝素蛋白/胶原蛋白/乳酸己内酯共聚物纳米纤维溶液通过循环管路流经直径为22mm的PET人造血管的管腔，通过控制管路阀门的松紧程度，使人造血管的管腔液体压力为130mmHg，使纳米纤维完全渗入人造血管的管壁，随后恢复管路的压力，关闭蠕动泵，去除人造血管管腔内的残余溶液。
对人造血管进行干燥处理，置于鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为45℃，干燥时间为60分钟。使用京尼平对涂层后的人造血管进行交联，溶液浓度为1.0%，溶剂为水和乙醇的共混物，水和乙醇的体积比为80:20，人造血管浸泡到京尼平溶液中进行交联，交联时间为8h，交联温度为37℃。
人造血管渗水性能的测试：将人造血管的一端固定在渗水仪上，另一端用金属夹进行封闭。打开渗水仪的水阀，使人造血管充水，在（16.0±0.3）kPa的水压下，测量10min内从管壁渗出的水的体积。制备得到的人造血管，在16kPa下渗水为0。
用定制的血管顺应性测试装置测定湿态下PET人造血管涂层前后的顺应性，测试装置主要模拟人体血液流动对血管壁造成压力而膨胀，记录血管在舒张和收缩时内径的变化，从而计算出顺应性的大小。计算方式如下：%Compliance=[（RP2-RP1）/RP1]/(P2-P1)×104，其中，R是人造血管的内径，RP1是压力在80mmHg时的内径，RP2是压力在120mmHg时的内径，P1=80mmHg，P2=120mmHg。通过测试计算得出人造血管涂层前的顺应性为4.5%，涂层后的顺应性为4.2%。
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种人造血管涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤
S01 通过静电纺丝的方法制备生物活性材料/乳酸己内酯共聚物复合的纳米纤维膜；
S02 将纳米纤维膜剪碎，置于去离子水中利用高速匀浆机将纤维分散均匀，制备生成纳米纤维溶液；
S03 将所述纳米纤维溶液通过待涂层的人造血管，并使人造血管内的纳米纤维溶液达到设定液压使纳米纤维渗入人造血管的管壁；
S04 去除人造血管管腔内的残余溶液，并对人造血管进行干燥处理；
S05 交联得到含有纳米纤维涂层的人造血管。
2.根据权利要求1所述的人造血管涂层的制备方法，其特征在于：所述待涂层的人造血管为PET人造血管。
3.根据权利要求1所述的人造血管涂层的制备方法，其特征在于：所述生物活性材料为胶原蛋白、丝素蛋白中的一种或两种组成。
4.根据权利要求1所述的人造血管涂层的制备方法，其特征在于：静电纺丝制备纳米纤维膜的参数为：纺丝溶液浓度为6%-12% w/v，溶剂为六氟异丙醇，纺丝给液速度为1mL/h-2mL/h，纺丝电压为8-15kV。
5.根据权利要求1所述的人造血管涂层的制备方法，其特征在于：所述纳米纤维溶液中生物活性材料/乳酸己内酯共聚物纳米纤维的浓度为5%-20%，纳米纤维的丝径为50纳米-1000纳米。
6.根据权利要求1所述的人造血管涂层的制备方法，其特征在于：所述干燥处理为人造血管在涂层加工后，置于鼓风干燥箱中进行干燥，干燥温度为40-55℃，干燥时间为30-120分钟。
7.根据权利要求1所述的人造血管涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤S05中交联过程为：将带涂层人造血管浸泡到京尼平溶液中进行交联，交联时间为0.5h-24h，交联用的交联剂为京尼平溶液，京尼平溶液浓度为0.5%-2.0%，京尼平溶液中溶剂为水和乙醇的共混物。
8.一种根据权利要求1-7任一项制备方法制得的纳米纤维涂层人造血管。
9.一种人造血管涂层的制备装置，其特征在于：包括溶液池、蠕动泵、压力表、阀门和循环管路，所述循环管路依次连通所述溶液池、蠕动泵、压力表和阀门，在所述蠕动泵和所述压力表之间的循环管路上设置人造血管，所述人造血管的两端通过卡扣连接所述循环管路，所述溶液池中为待涂层溶液，所述待涂层溶液为生物活性材料/乳酸己内酯共聚物纳米纤维。
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CN114159624B (zh) * 2021-11-24 2022-09-02 山东黄河三角洲纺织科技研究院有限公司 一种编织型人造血管的涂层方法及人造血管

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