CN111544654A - 一种复合型人工韧带及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于于医用材料技术领域，提供了一种复合型人工韧带及其制作方法，选用PET纱线作为内层，将PCL溶液纺到内层上得到PCL层，然后将明胶溶液纺到PCL层上得到明胶外层形成具有三层结构的单根纺丝，再按照骨隧道纺丝、关节腔纺丝及骨隧道纺丝的顺序，织成由依次连接的第一骨隧道部分、关节腔部分及第二骨隧道部分组成的三维针织支架，将三维针织支架卷起来得到复合型人工韧带。随着生物可降解材质的降解，周围组织附着在移植物上，韧带自身组织会爬升和长入到移植物上，不可降解材质则提供永久的机械强度支持，因此该制备方法简单，得到的复合型人工韧带能够促进人工韧带与骨隧道的融合，具有良好的力学性能、生物相容性及很好的临床应用前景。

Description

一种复合型人工韧带及其制作方法
技术领域
本发明属于于医用材料技术领域，具体涉及一种复合型人工韧带及其制作方法。
背景技术
韧带是骨与骨之相互连接的结缔组织索状物，与弹性纤维紧密并行，它附着于骨骼的可活动部分，但限制其活动范围以免损伤，从而能保持关节的稳定性。生活中，普通人的韧带损伤常见于踝关节、膝关节、掌关节、指关节，韧带断裂一般是因为在剧烈活动中，急速做出超出关节活动范围的动作，导致相关韧带被动牵拉而引起撕裂或完全断裂。
韧带严重损伤后不能自愈，移植重建是目前治疗的主要手段，临床上用于韧带重建最常用的材料主要有自体韧带、异体韧带和人工韧带3大类。自体韧带移植物主要来自于患者自身的髌骨腱、腘绳肌腱(HT)、股薄肌肌腱和股四头肌腱等。异体韧带移植物是供体提供的可供使用的移植物肌腱。但不论是自体组织还是异体组织，术后都有一个再塑形的过程，因此术后很长一段时间内(半年到一年)不能参加十分剧烈活动。人工韧带移植物是为避免上述自体和同种异体移植物的缺点而开发的人造移植物，能避免自体韧带移植物取腱时对病患的二次伤害和由于取腱对患者本身运动功能的损伤，又可以避免同种异体移植物交叉感染和供体不足的风险。更重要的是人工韧带移植物可以让患者在较短的时间内恢复正常的运动和生活，对于运动员、希望恢复运动能力的老年患者和要求尽快恢复并享受良好生活质量的患者尤其适用。目前临床应用较多且较为成熟的人工韧带是法国的LARS人工韧带，是一种用合成的PET聚酯材质制作而成的人工韧带。但LARS韧带最大的缺点在于其原材质不可生物降解，不利于人体自身组织的长入，植入后无法重新塑形，无法被宿主重新进行组织韧带化。从长远来看，LARS韧带更多起到机械强度支持的作用。对于医生和患者来说，更需要一种既能提供良好的强度支持，又能使患者自身组织长入到韧带移植物中，促进移植物重新塑形的一种韧带。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种由可降解材料与不可降解材料复合的复合型人工韧带及其制备方法。
本发明提供了一种复合型人工韧带，具有这样的特征，包括：依次连接的第一骨隧道部分、关节腔部分以及第二骨隧道部分，其中，第一骨隧道部分与第二骨隧道部分均由骨隧道纺丝编织形成圆棒状，关节腔部分由关节腔纺丝编织形成圆棒状，骨隧道纺丝及关节腔纺丝均包括由PET纱线组成的芯层、包裹在芯层上的聚己内酯层以及包裹在聚己内酯层上的明胶外层，骨隧道纺丝的聚己内酯层中均匀分布有纳米羟基磷灰石，明胶外层中均匀分布有外泌体。
在本发明提供的复合型人工韧带中，还可以具有这样的特征：其中，关节腔纺丝的聚己内酯层中无纳米羟基磷灰石。
在本发明提供的复合型人工韧带中，还可以具有这样的特征：其中，关节腔纺丝的结构与骨隧道纺丝的结构相同。
在本发明提供的复合型人工韧带中，还可以具有这样的特征：其中，芯层的纵剖面呈圆形，直径为200μm～260μm，聚己内酯层的厚度为80μm～150μm，明胶外层的厚度为80μm～150μm。
在本发明提供的复合型人工韧带中，还可以具有这样的特征：其中，外泌体为脂肪干细胞外泌体或者诱导多能干细胞外泌体。
在本发明提供的复合型人工韧带中，还可以具有这样的特征：其中，纳米羟基磷灰石与聚己内酯的比值为20μg/g～100μg/g，纳米羟基磷灰石的粒径为20nm～70nm。
在本发明提供的复合型人工韧带中，还可以具有这样的特征：其中，以骨隧道纺丝及关节腔纺丝作为纬线，以PET线或者关节腔纺丝作为经线，经线的延伸方向与复合型人工韧带的轴向一致。
本发明还提供了一种复合型人工韧带的制备方法，用于制备复合型人工韧带，具有这样的特征，包括：以PET线或者关节腔纺丝作为经线，以骨隧道纺丝及关节腔纺丝作为纬线，并且按照骨隧道纺丝、关节腔纺丝及骨隧道纺丝的顺序，通过针织工艺织成由依次连接的第一骨隧道部分、关节腔部分及第二骨隧道部分组成的三维针织支架，然后将三维针织支架卷起来得到圆柱状结构，即复合型人工韧带。
在本发明提供的复合型人工韧带的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，骨隧道纺丝由以下步骤制作得到：步骤1，将聚己内酯溶于四氢呋喃中配制成聚己内酯溶液，加入纳米羟基磷灰石作为诱导因子，得到聚己内酯复合纺丝液；步骤2，将明胶溶于六氟异丙醇中配置成明胶溶液，加入外泌体作为诱导因子，得到外泌体明胶复合纺丝液；骤3，将PET纱线置于电纺纳米纤维纱线制备设备中作为芯层，利用旋转漏斗将聚己内酯复合纺丝液加捻到芯层上，得到聚己内酯层，形成PET-聚己内酯双层结构，再利用旋转漏斗将外泌体明胶复合纺丝液加捻到聚己内酯层上，最后由接收辊收集，得到连续的骨隧道纺丝。
在本发明提供的复合型人工韧带中的制备方法，还可以具有这样的特征：其中，关节腔纺丝由以下步骤制作得到：步骤S1，将聚己内酯溶于四氢呋喃中配制成聚己内酯溶液，或者再加入纳米羟基磷灰石作为诱导因子，得到聚己内酯复合纺丝液；步骤S2，将明胶溶于六氟异丙醇中配置成明胶溶液，加入外泌体作为诱导因子，得到外泌体明胶复合纺丝液；步骤S3，将PET纱线置于电纺纳米纤维纱线制备设备中作为芯层，利用旋转漏斗将聚己内酯溶液或者聚己内酯复合纺丝液加捻到芯层上，得到聚己内酯层，形成PET-聚己内酯双层结构，再利用旋转漏斗将外泌体明胶复合纺丝液加捻到聚己内酯层上，最后由接收辊收集，得到连续的关节腔纺丝。
发明的作用与效果
根据本发明提供的复合型人工韧带及其制备方法，选用PET纱线作为内层，通过静电纺丝工艺，将PCL溶液纺到内层上得到位于中间层的PCL层，然后将明胶溶液纺到PCL层上得到明胶外层，得到具有三层结构的单根纺丝。中间层的PCL层将松散的PET线裹紧，增加单根纺丝的力学性能。其中，骨隧道纺丝的PCL层内均匀分布有纳米羟基磷灰石颗粒，明胶外层中均匀分布有外泌体；关节腔纺丝的明胶外层也均匀分布有外泌体。
按照骨隧道纺丝、关节腔纺丝及骨隧道纺丝的顺序，通过针织工艺织成由依次连接的第一骨隧道部分、关节腔部分及第二骨隧道部分组成的三维针织支架，然后将三维针织支架卷起来得到圆棒状物体，即复合型人工韧带。
单根纺丝由不可降解材质PET作为核心制成，第二层为PCL组成的可降解材料层，第三层由具有高相容性且可降解生物材料明胶组成。在骨隧道纺丝和关节腔纺丝中的明胶层中，均匀分布有外泌体，有利于减轻损伤部位的炎性反应，促进组织的修复与愈合；其中骨隧道部分的外泌体可诱导骨组织的再生，加强人工韧带与骨隧道之间的紧密融合。而骨隧道纺丝的PCL层中混有纳米羟基磷灰石，纳米羟基磷灰石可促进移植韧带与骨隧道之间的融合生长。本发明中的复合韧带的材质由生物可降解和不可降解两部分组成，生物可降解材质在降解过程中，周围组织会附着在移植物上，韧带自身组织会爬升和长入到移植物上；不可降解材质则能提供永久的机械强度支持。
因此，本发明提供的复合型人工韧带的制备方法简单，得到的复合型人工韧带能够促进人工韧带与骨隧道的融合，具有良好的力学性能、生物相容性，以及很好的临床应用前景。
附图说明
图1是本发明的实施例1中的复合型人工韧带的结构示意图；
图2是本发明的实施例1中的三维针织支架的结构示意图；
图3是本发明的实施例1中的骨隧道纺丝的横断面的结构示意图；
图4是本发明的实施例1中的关节腔纺丝的横断面的结构示意图；以及
图5是本发明的实施例2中的复合型人工韧带的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明一种复合型人工韧带及其制备方法作具体阐述。
本发明的实施例所涉及的原料及试剂均为普通市售商品。
实施例中的原料来源为：
对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纱线，常规市售松散的纱线，由多根细的PET纱线组成一束较粗的PET纱线。
猪皮明胶(Gelatin)为A型明胶，购于美国Sigma-Aldrich公司；
六氟异丙醇(HFIP)，购于上海达瑞精细化学品有限公司)；
纳米羟基磷灰石(HAP)，(Hydroxylapatite，购于美国Sigma-Aldrich公司)；
聚己内酯(PCL)，CAS：24980-41-4，纯度：98％，购于美国BOCSciences公司；
溶解聚己内酯(PCL)的溶剂为四氢呋喃，购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司；
脂肪干细胞外泌体和诱导多能(IPS)干细胞外泌体，均为本实验室采用超速离心法制备，提取和使用方法如下：
1)将人传代的脂肪干细胞或(IPS)干细胞消化、计数后使用无血清培养基悬浮培养，调整浓度为1.0x106/ml，培养至细胞融合度为80％-90％；
2)收集上清液40ml，至于4℃冰箱过夜；
3)以2000g的力离心半小时；
4)去除上清液，再次以2000g的力离心5min；
5)小心去除上清液，加入PBS(磷酸缓冲盐)溶液至500μl，至于4℃冰箱保存，即为外泌体试剂；
6)选取上述外泌体试剂加入到明胶中。
静电纺丝工艺具体为：将单根纱线置于静电纺纳米纤维纱线固定器中作为芯层，将聚己内酯溶液或者聚己内酯复合纺丝液加入到两侧的注射器中，然后分别连接PET纱线左右两端的纺丝喷头，两个注射器对喷，利用旋转漏斗将注射器中喷出的聚己内酯溶液或者聚己内酯复合纺丝液加捻到PET纱线上，利用旋转漏斗将聚己内酯溶液或者聚己内酯复合纺丝液加捻到芯层上，得到聚己内酯层，形成PET-聚己内酯双层结构，再将外泌体明胶复合纺丝液喷到聚己内酯层上，利用旋转漏斗将外泌体明胶复合纺丝液加捻到聚己内酯层上，最后由接收辊收集，得到连续的骨隧道纺丝或者关节腔纺丝。
静电纺丝工艺的参数具体为：在纺丝喷头上施加8KV～10KV的正负高压，并保持推进泵速度为1.2mL/h～1.5mL/h，接收距离为12cm～15cm，旋转漏斗的转速为400转/分钟～500转/分钟，接收辊的转速为8转/分钟～10转/分钟。
<实施例1>
本实施例对复合型人工韧带100的结构及制备过程做具体阐述。在本实施例中，相同的结构给与相同的编号。
复合型人工韧带100的制备方法，具体包括制备骨隧道纺丝、制备骨关节纺丝及编织成型步骤：
骨隧道纺丝的制备步骤如下：
步骤1，将聚己内酯溶于四氢呋喃中配制成聚己内酯溶液，加入纳米羟基磷灰石作为诱导因子，得到聚己内酯复合纺丝液。
具体操作为：将5g聚己内酯溶于50ml四氢呋喃溶液中，搅拌20分钟，配制成浓度为10％的聚己内酯溶液。然后选用粒径为20nm～70nm的纳米羟基磷灰石作为诱导因子，按照纳米羟基磷灰石与聚己内酯的比值为20μg/g～100μg/g加入纳米羟基磷灰石，得到聚己内酯复合纺丝液。在本实施例中，选用粒径为50nm的纳米羟基磷灰石，纳米羟基磷灰石与聚己内酯的比值为50μg/g。
步骤2，将明胶溶于六氟异丙醇中配置成明胶溶液，加入外泌体作为诱导因子，得到外泌体明胶复合纺丝液。
具体操作为：明胶选用猪皮明胶，称取1.5g猪皮明胶(Gelatin)溶于10mL六氟异丙醇中，配成明胶溶液，其中明胶的含量为0.15g/ml。然后选择脂肪干细胞外泌体作为诱导因子，按照外泌体试剂与明胶的比值为100μl/1.5g～300μl/1.5g加入脂肪干细胞外泌体，得到外泌体明胶复合纺丝液。在本实施例中，外泌体选用脂肪干细胞外泌体，与明胶的比值为200μl/1.5g。在其他实施例中，加入诱导多能(IPS)干细胞外泌体能够达到和脂肪干细胞外泌体同样的技术效果。
步骤3，将PET纱线置于电纺纳米纤维纱线制备设备中作为芯层，利用旋转漏斗将聚己内酯复合纺丝液加捻到芯层上，得到聚己内酯层，形成PET-聚己内酯双层结构，再利用旋转漏斗将外泌体明胶复合纺丝液加捻到聚己内酯层上，最后由接收辊收集，得到连续的骨隧道纺丝。
关节腔纺丝的制备步骤如下：
步骤S1，将聚己内酯溶于四氢呋喃中配制成聚己内酯溶液，得到聚己内酯复合纺丝液。
步骤S1的具体操作与步骤1相同，在此不再赘述。
步骤S2，将明胶溶于六氟异丙醇中配置成明胶溶液，加入外泌体作为诱导因子，得到外泌体明胶复合纺丝液。
步骤S2的具体操作与步骤2相同，在此不再赘述。
步骤S3，将PET纱线置于电纺纳米纤维纱线制备设备中作为芯层，利用旋转漏斗将聚己内酯溶液加捻到芯层上，得到聚己内酯层，形成PET-聚己内酯双层结构，再利用旋转漏斗将外泌体明胶复合纺丝液加捻到聚己内酯层上，最后由接收辊收集，得到连续的关节腔纺丝。
编织成型的具体步骤如下：
以PET线或者关节腔纺丝作为经线，以骨隧道纺丝及关节腔纺丝作为纬线，并且按照骨隧道纺丝、关节腔纺丝及骨隧道纺丝的顺序，通过针织工艺织成由依次连接的第一骨隧道部分、关节腔部分及第二骨隧道部分组成的三维针织支架，然后将三维针织支架利用人工或者机器卷起来，得到圆棒装物体，即复合型人工韧带。在本实施例中，选用PET线作为经线，经线的方向与复合型人工韧带的轴向一致。在其他实施例中，可以选用关节腔纺丝作为经线，能够达到同样的技术效果。
具体操作为：利用LXC-352CVI型电脑横机，采用双罗纹组织工艺，按照骨隧道纺丝、关节腔纺丝及骨隧道纺丝的顺序，织成三维针织支架，然后利用人工卷紧该三维针织支架，得到圆棒状物体，即复合型人工韧带。
图1是本发明的实施例1中的复合型人工韧带的结构示意图；图2是本发明的实施例1中的三维针织支架的结构示意图。
如图1、2所示，复合型人工韧带100为由三维针织支架卷紧得到的圆棒状物体，包括依次连接的第一骨隧道部分A、关节腔部分B以及第二骨隧道部分C。
第一骨隧道部分A及第二骨隧道部分C的结构相同，均由经线和纬线编织得到。在本实施例中，选用骨隧道纺丝10作为纬线，选用PET线作为经线。
图3是本发明的实施例1中的骨隧道纺丝的横断面的结构示意图。
如图3所示，骨隧道纺丝10的横断面呈圆形，包括由PET纱线组成的芯层11、包裹在所述芯层上的聚己内酯层12以及包裹在所述聚己内酯层上的明胶外层13。
芯层11的直径为200μm～260μm，聚己内酯层12的厚度为80μm～150μm，明胶外层13的厚度为80μm～150μm。
芯层11可以是单根粗的PET线，也可以是多根PET细线111束在一起组成的较粗的单根PET纱线。在本实施例中，芯层11选用由多根PET细线111束在一起组成的较粗的单根PET纱线，这样有利于增加单根PET纱线的力学性能。
纳米羟基磷灰石14呈颗粒状，均匀分布在聚己内酯层12内。纳米羟基磷灰石14与聚己内酯层12中的聚己内酯的比值为50μg/g。
外泌体15选用脂肪干细胞外泌体，粒径为40-100nm的盘状囊泡样结构，均匀分布在明胶外层13内。
如图1、2所示，关节腔部分B由关节腔纺丝20作为纬线，PET线作为经线编织得到。
图4是本发明的实施例1中的关节腔纺丝的横断面的结构示意图。
如图4所示，关节腔纺丝20的横断面呈圆形，包括由PET纱线组成的芯层11、包裹在所述芯层上的聚己内酯层12以及包裹在所述聚己内酯层上的明胶外层13。
外泌体15呈颗粒状，均匀分布在明胶外层13内。
本实施例的复合型人工韧带，一般用于移植修复膝关节前交叉韧带或者后交叉韧带损伤。在做手术过程中，将原来损伤的韧带切除，用此复合型人工韧带的代替。两端在骨髓道内，由铆钉固定；将原韧带残端保留，有外泌体的存在，有利于残端韧带向人工韧带的长入，这样人工韧带移植后可与骨髓道融合的更紧密，融合过程也会更早的发生。
实施例1的作用与效果
根据本实施例提供的复合型人工韧带及其制备方法，选用PET纱线作为内层，通过静电纺丝工艺，将PCL溶液纺到内层上得到位于中间层的PCL层，然后将明胶溶液纺到PCL层上得到明胶外层，得到具有三层结构的单根纺丝。中间层的PCL层将松散的PET线裹紧，增加单根纺丝的力学性能。其中，骨隧道纺丝的PCL层内均匀分布有纳米羟基磷灰石颗粒，明胶外层中均匀分布有外泌体；关节腔纺丝的PCL层中没有纳米羟基磷灰石颗粒，明胶外层和骨隧道纺丝一样，也均匀分布有外泌体。
按照骨隧道纺丝、关节腔纺丝及骨隧道纺丝的顺序，通过针织工艺织成由依次连接的第一骨隧道部分、关节腔部分及第二骨隧道部分组成的三维针织支架，然后将三维针织支架卷起来得到圆棒状物体，即复合型人工韧带。
单根纺丝由不可降解材质PET作为核心制成，第二层为PCL组成的可降解材料层，第三层由具有高相容性且可降解生物材料明胶组成。在骨隧道纺丝和关节腔纺丝中的明胶层中，均匀分布有外泌体，有利于减轻损伤部位的炎性反应，促进组织的修复与愈合；其中骨隧道部分的外泌体可诱导骨组织的再生，加强人工韧带与骨隧道之间的紧密融合。而骨隧道纺丝的PCL层中混有纳米羟基磷灰石，纳米羟基磷灰石可促进移植韧带与骨隧道之间的融合生长。本实施例中的复合韧带的材质由生物可降解和不可降解两部分组成，生物可降解材质在降解过程中，周围组织会附着在移植物上，韧带自身组织会爬升和长入到移植物上；不可降解材质则能提供永久的机械强度支持。
材料中的小分子活性物纳米羟基磷灰石及外泌体是随着明胶和PCL在体内的缓慢降解而缓释到局部组织中，起到长期的诱导组织再生的作用，因此该韧带具有长期增强再生组织力学性能的作用。
明胶为胶原纤维的降解产物，以明胶作为材料，具有更好的生物相容性，诱导因子混匀在明胶纺液中，分布较为均匀，随着外层明胶的降解，明胶中混有的诱导因子可缓慢、持久释放，作用效果更为持久、缓和。
另外，明胶溶液中明胶的含量为0.1g/ml～0.15g/ml，即浓度为1％～1.5％时，成胶性能好，同时不会太粘稠，避免堵塞静电纺的喷头，保证了纳米纤维的正常制备。
此外，外泌体试剂与明胶的比值为100μl/1.5g～300μl/1.5g，有利于缓解局部炎性反应，促进组织的再生。浓度过低，达不到消炎再生的作用，浓度过高，导致细胞变性并且浪费材料。
另外，PCL作为具有良好的生物相容性的材料，形成聚己内酯层包裹在PET外，可将相对较为散乱的PET纤维聚集成束，显著增强材料的机械力学性能；同时随着PCL的降解，其负载的纳米羟基磷灰石可缓释的局部，促进局部细胞成骨分化，促进人工韧带与骨髓道的融合。
此外，纳米羟基磷灰石的粒径为20～70nm，纳米羟基磷灰石明胶复合纺丝液中，纳米羟基磷灰石的含量为20μg/g～100μg/g。粒径为20nm～70nm，可以方便纺织出均匀、结构稳定的纳米纤维支架；在此浓度范围内时可以发挥比较理想的促进移植韧带与骨隧道之间的融合生长；浓度太低，释放到局部以后无法发挥较好的效果；浓度太高，导致支架周围药物浓度太高，导致细胞变性或者不会发会更好的效果，而且会浪费材料。
<实施例2>
本实施例对复合型人工韧带200的结构及制备过程做具体阐述。在本实施例中，相同的结构给与相同的编号。
图5是本发明的实施例2中的复合型人工韧带的结构示意图。
如图5所示，复合型人工韧带200为由三维针织支架卷紧得到的圆棒状物体，包括结构相同的第一骨隧道部分、关节腔部分及第二隧道部分。此三部分均选用骨隧道纺丝10作为纬线，选用PET线作为经线，编织得到。第一骨隧道部分的结构与实施例1中的第一骨隧道部分A或者第二骨隧道部分C的结构完全相同，制作方法也完全相同，在此不再赘述。
实施例2的作用与效果
本实施例提供的复合型人工韧带200，除了具有实施例1的作用与效果外，由于关节腔部分与两端的骨隧道部分的结构相同，三部分的结构相同，便于加工节省制作时间。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合型人工韧带，其特征在于，包括：
依次连接的第一骨隧道部分、关节腔部分以及第二骨隧道部分，
其中，所述第一骨隧道部分与所述第二骨隧道部分均由骨隧道纺丝编织形成圆棒状，
所述关节腔部分由关节腔纺丝编织形成圆棒状，
所述骨隧道纺丝及所述关节腔纺丝均包括由PET纱线组成的芯层、包裹在所述芯层上的聚己内酯层以及包裹在所述聚己内酯层上的明胶外层，
所述骨隧道纺丝的所述聚己内酯层中均匀分布有纳米羟基磷灰石，所述明胶外层中均匀分布有外泌体。
2.根据权利要求1所述的复合型人工韧带，其特征在于：
其中，所述关节腔纺丝的所述聚己内酯层中无所述纳米羟基磷灰石。
3.根据权利要求1所述的复合型人工韧带，其特征在于：
其中，所述关节腔纺丝的结构与所述骨隧道纺丝的结构相同。
4.根据权利要求1所述的复合型人工韧带，其特征在于：
其中，所述芯层的纵剖面呈圆形，直径为200μm～260μm，所述聚己内酯层的厚度为80μm～150μm，所述明胶外层的厚度为80μm～150μm。
5.根据权利要求1所述的复合型人工韧带，其特征在于：
其中，所述外泌体为脂肪干细胞外泌体或者诱导多能干细胞外泌体。
6.根据权利要求1所述的复合型人工韧带，其特征在于：
其中，所述纳米羟基磷灰石与所述聚己内酯的比值为20μg/g～100μg/g，所述纳米羟基磷灰石的粒径为20nm～70nm。
7.根据权利要求1所述的复合型人工韧带，其特征在于：
其中，以所述骨隧道纺丝及所述关节腔纺丝作为纬线，以PET线或者所述关节腔纺丝作为经线，所述经线的延伸方向与所述复合型人工韧带的轴向一致。
8.一种复合型人工韧带的制备方法，用于制备权利要求1～7中任一项所述的复合型人工韧带，其特征在于，包括：
以PET线或者关节腔纺丝作为经线，以骨隧道纺丝及所述关节腔纺丝作为纬线，并且按照所述骨隧道纺丝、所述关节腔纺丝及所述骨隧道纺丝的顺序，通过针织工艺织成由依次连接的第一骨隧道部分、关节腔部分及第二骨隧道部分组成的三维针织支架，然后将所述三维针织支架卷起来得到圆棒状物体，即所述复合型人工韧带。
9.根据权利要求8所述的复合型人工韧带的制备方法，其特征在于：
其中，所述骨隧道纺丝由以下步骤制作得到：
步骤1，将聚己内酯溶于四氢呋喃中配制成聚己内酯溶液，加入纳米羟基磷灰石作为诱导因子，得到聚己内酯复合纺丝液；
步骤2，将明胶溶于六氟异丙醇中配置成明胶溶液，加入外泌体作为诱导因子，得到外泌体明胶复合纺丝液；
步骤3，将PET纱线置于电纺纳米纤维纱线制备设备中作为芯层，利用旋转漏斗将所述聚己内酯复合纺丝液加捻到所述芯层上，得到聚己内酯层，形成PET-聚己内酯双层结构，再利用旋转漏斗将所述外泌体明胶复合纺丝液加捻到所述聚己内酯层上，最后由接收辊收集，得到连续的所述骨隧道纺丝。
10.根据权利要求8所述的复合型人工韧带的制备方法，其特征在于：
其中，所述关节腔纺丝由以下步骤制作得到：
步骤S1，将聚己内酯溶于四氢呋喃中配制成聚己内酯溶液，或者再加入纳米羟基磷灰石作为诱导因子，得到聚己内酯复合纺丝液；
步骤S2，将明胶溶于六氟异丙醇中配置成明胶溶液，加入外泌体作为诱导因子，得到外泌体明胶复合纺丝液；
步骤S3，将PET纱线置于电纺纳米纤维纱线制备设备中作为芯层，利用旋转漏斗将所述聚己内酯溶液或者所述聚己内酯复合纺丝液加捻到所述芯层上，得到聚己内酯层，形成PET-聚己内酯双层结构，再利用旋转漏斗将所述外泌体明胶复合纺丝液加捻到所述聚己内酯层上，最后由接收辊收集，得到连续的所述关节腔纺丝。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113529280A (zh) * 2021-07-15 2021-10-22 北京天助畅运医疗技术股份有限公司 一种具有多层结构的纤维膜及其制备方法与应用
CN114504680A (zh) * 2022-01-19 2022-05-17 东华大学 一种骨-韧带-骨一体化支架及其制备方法
CN114525599A (zh) * 2022-03-17 2022-05-24 北京市创伤骨科研究所 仿生型骨膜及其制备方法和应用
CN114681123A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 财团法人工业技术研究院 用于肌腱及/或韧带的组织支架

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5004474A (en) * 1989-11-28 1991-04-02 Baxter International Inc. Prosthetic anterior cruciate ligament design
CN107970081A (zh) * 2017-11-17 2018-05-01 上海利格泰生物科技有限公司 混合型人工韧带及制造方法
CN110331486A (zh) * 2019-07-25 2019-10-15 东华大学 一种多层结构纳米纤维纱线针织肌腱支架及其制备和应用
CN110694104A (zh) * 2019-10-21 2020-01-17 深圳市立心科学有限公司 复合人工纤维元及人工韧带
CN110693629A (zh) * 2019-11-19 2020-01-17 上海市第六人民医院 一种分段式、梯度功能化肌腱套植入器械及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5004474A (en) * 1989-11-28 1991-04-02 Baxter International Inc. Prosthetic anterior cruciate ligament design
CN107970081A (zh) * 2017-11-17 2018-05-01 上海利格泰生物科技有限公司 混合型人工韧带及制造方法
CN110331486A (zh) * 2019-07-25 2019-10-15 东华大学 一种多层结构纳米纤维纱线针织肌腱支架及其制备和应用
CN110694104A (zh) * 2019-10-21 2020-01-17 深圳市立心科学有限公司 复合人工纤维元及人工韧带
CN110693629A (zh) * 2019-11-19 2020-01-17 上海市第六人民医院 一种分段式、梯度功能化肌腱套植入器械及其制备方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114681123A (zh) * 2020-12-29 2022-07-01 财团法人工业技术研究院 用于肌腱及/或韧带的组织支架
CN113529280A (zh) * 2021-07-15 2021-10-22 北京天助畅运医疗技术股份有限公司 一种具有多层结构的纤维膜及其制备方法与应用
CN114504680A (zh) * 2022-01-19 2022-05-17 东华大学 一种骨-韧带-骨一体化支架及其制备方法
CN114525599A (zh) * 2022-03-17 2022-05-24 北京市创伤骨科研究所 仿生型骨膜及其制备方法和应用
CN114525599B (zh) * 2022-03-17 2024-05-17 北京市创伤骨科研究所 仿生型骨膜及其制备方法和应用

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