TW201904527A - 人工血管及其製備方法 - Google Patents

人工血管及其製備方法

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Abstract

一種人工血管的製備方法，包括：提供靜電紡絲裝置，包括收集器；採用靜電紡絲方法在收集器上製備納米纖維基體薄膜，由高分子納米纖維按第一排列方式排列而成；採用靜電紡絲方法在納米纖維基體薄膜上製備納米纖維可變形薄膜，從而得到納米纖維複合膜，納米纖維可變形薄膜由高分子納米纖維按與該第一排列方式不同的第二排列方式排列而成，高分子納米纖維為光可分解型感光高分子；將納米纖維複合膜從收集器上分離並裁剪；將裁該納米纖維複合膜暴露於紫外光照條件下，使該光可分解型感光高分子分解，從而納米纖維複合膜捲曲而制得人工血管。

Description

人工血管及其製備方法
本發明涉及生物醫學技術領域，尤其涉及一種人工血管以及人工血管的製備方法。
人們付出了數十年的努力，探求可以在體外製造的、且其生理學特性與體內天然血管相類似的人工血管。將合成支架作為血管移植的基礎結合細胞培養，在組織工程的領域更是受到矚目。然而，利用圓柱型結構的血管支架較難控制人體細胞的培養。
有鑑於此，有必要提供一種人工血管的製備方法，能夠解決以上問題。
另，還有必要提供一種由上述製備方法制得的人工血管。
本發明提供一種人工血管的製備方法，包括：提供一靜電紡絲裝置，該靜電紡絲裝置包括一收集器；採用靜電紡絲方法在該收集器上製備一納米纖維基體薄膜，所述納米纖維基體薄膜由高分子納米纖維按第一排列方式排列而成；採用靜電紡絲方法在該納米纖維基體薄膜遠離該收集器的表面製備一納米纖維可變形薄膜，從而得到一納米纖維複合膜，該納米纖維可變形薄膜由高分子納米纖維按與該第一排列方式不同的第二排列方式排列而成，該納米纖維可變形薄膜的高分子納米纖維為光可分解型感光高分子；將該納米纖維複合膜從該收集器上分離並裁剪為所需尺寸；將裁剪後的該納米纖維複合膜暴露於紫外光照條件下，使該光可分解型感光高分子在紫外光照條件下分解以使該納米纖維可變形薄膜膨脹，從而，該納米纖維複合膜捲曲而制得所述人工血管。
本發明還提供一種人工血管，包括位於內側的一納米纖維基體薄膜以及位於外側的一納米纖維外層薄膜，所述納米纖維外層薄膜結合於所述納米纖維基體薄膜上，該納米纖維基體薄膜由高分子納米纖維按第一排列方式排列而成，該納米纖維外層薄膜由高分子納米纖維按與該第一排列方式不同的第二排列方式排列而成。
以上人工血管的製備方法中，利用光可分解型感光高分子在紫外光照條件下可分解的特性，控制納米纖維可變形薄膜膨脹而捲曲為人工血管，達到天然血管的理想的形態和彎曲性，如此便可在人工血管彎曲之前先種植人體細胞，而非如現有技術直接採用圓柱形結構的血管支架來種植人體細胞，使得人體細胞的培養具有更高的可操作性；再者，通過控制該納米纖維基體薄膜的高分子納米纖維沿同一方向有序排列，可使得後續人體細胞種植培養過程受到該納米纖維基體薄膜的高分子納米纖維的排列方向影響而沿所述排列方向延伸，從而使得人體細胞的排列方向與所述人工血管實際工作時人體的血流方向相同。
請參閱圖1至圖5，本發明第一較佳實施例提供一種人工血管的製備方法，其包括如下步驟：
步驟一，請參閱圖1，提供一靜電紡絲裝置1，該靜電紡絲裝置1包括一收集器2。
步驟二，請參閱圖2，採用靜電紡絲方法在該收集器2上製備一納米纖維基體薄膜10。所述納米纖維基體薄膜10由高分子納米纖維按第一排列方式排列而成。所述第一排列方式為高分子納米纖維沿同一方向有序排列。
在本實施方式中，所述納米纖維基體薄膜10的高分子納米纖維包括聚己內酯(PCL)納米纖維以及聚氨基甲酸酯(PU)納米纖維，所述聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維相互混合。聚己內酯可提供生物可分解的性質，聚氨基甲酸酯可提供彈性。
更具體的，將聚己內酯、聚氨基甲酸酯和溶劑混合以配製第一電紡溶液，通過該第一電紡溶液製備該納米纖維基體薄膜10。所述溶劑可選自甲酸、乙酸、乙醇、丙酮、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、四氫呋喃、二甲基亞碸、六氟異丙醇、三氟乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、氯仿、二惡烷、三氟乙烷、三氟乙酸以及水中的至少一種。
步驟三，請參閱圖3，採用靜電紡絲方法在該納米纖維基體薄膜10遠離該收集器2的表面製備一納米纖維可變形薄膜21，從而得到一納米纖維複合膜30。該納米纖維可變形薄膜21由高分子納米纖維按與該第一排列方式不同的第二排列方式排列而成。
在本實施方式中，所述納米纖維可變形薄膜21的高分子納米纖維為光可分解型感光高分子，更具體的，為包括結合有香豆素(化學結構式為)的聚己內酯納米纖維以及結合有香豆素的聚氨基甲酸酯納米纖維，所述聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維相互混合。結合有香豆素的聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維結構為：。
更具體的，將結合有香豆素的聚己內酯、結合有香豆素的聚氨基甲酸酯和溶劑混合以配製第二電紡溶液，通過該第二電紡溶液製備該納米纖維可變形薄膜21。所述溶劑可選自甲酸、乙酸、乙醇、丙酮、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、四氫呋喃、二甲基亞碸、六氟異丙醇、三氟乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、甲醇、乙醇、氯仿、二惡烷、三氟乙烷、三氟乙酸以及水中的至少一種。
步驟四，將該納米纖維複合膜30從該收集器2上分離並裁剪為所需尺寸。
步驟五，請參閱圖4和圖5，將裁剪後的該納米纖維複合膜30暴露於紫外光照條件下，使該香豆素可在紫外光照條件下分解，從而使該納米纖維可變形薄膜21膨脹而形成一納米纖維外層薄膜20。從而，該納米纖維複合膜30捲曲而制得所述人工血管100。
請參閱圖6，在本實施方式中，所述第一排列方式為該納米纖維基體薄膜10的高分子納米纖維沿同一方向有序排列，所述第二排列方式為該納米纖維可變形薄膜21的高分子納米纖維無序排列。請參閱圖7，在另一實施方式中，所述第一排列方式為該納米纖維基體薄膜10的高分子納米纖維沿同一方向（第一方向）有序排列，所述第二排列方式為納米纖維可變形薄膜21的高分子納米纖維沿與該第一方向垂直的第二方向有序排列。其中，可通過控制該收集器2的轉速控制該納米纖維有序或無序排列。例如，當收集器2轉速為100rpm時，高分子納米纖維無序排列；當收集器轉速為1500rpm時，高分子納米纖維有序排列。更進一步的，可通過控制該收集器2的收集時間控制所述納米纖維基體薄膜10以及所述納米纖維可變形薄膜21的厚度。
通過靜電紡絲方法能夠精確控制所述納米纖維基體薄膜10以及所述納米纖維可變形薄膜21的高分子纖維排列方向，同時，通過控制該納米纖維基體薄膜10中的高分子納米纖維沿同一方向有序排列，可有利於控制該納米纖維可變形薄膜21的捲曲方向，而該納米纖維可變形薄膜21的所需捲曲程度（即該人工血管100的捲曲程度）可通過控制其自身的高分子納米纖維的排列方式而獲得。具體的，當該納米纖維可變形薄膜21在紫外光照條件下膨脹而捲曲時，該納米纖維可變形薄膜21平行於該納米纖維基體薄膜10中的高分子納米纖維的排列方向的側邊受到的阻力較大，而該納米纖維可變形薄膜21垂直於該納米纖維基體薄膜10中的高分子納米纖維的排列方向的側邊受到的阻力較小而發生捲曲。即，該納米纖維可變形薄膜21的捲曲方向與該納米纖維基體薄膜10中的高分子納米纖維的排列方向相互垂直。
本發明第二較佳實施例提供一種人工血管的製備方法，與上述較佳實施方式不同的是，所述步驟四還進一步包括：在該納米纖維基體薄膜10上種植人體細胞(圖未示)。
由於該納米纖維基體薄膜10的所述高分子納米纖維沿同一方向有序排列，該方向與所述人工血管100的延伸方向亦相同。人體細胞種植培養過程受到該納米纖維基體薄膜10的高分子納米纖維的排列方向影響，使得人體細胞也沿所述排列方向延伸。即，所述人體細胞的排列方向與所述人工血管100實際工作時人體的血流方向相同。
進一步的，在步驟五中，將該納米纖維複合膜30的該納米纖維可變形薄膜21一側暴露於紫外光照條件下，從而避免紫外光影響該納米纖維基體薄膜10上的人體細胞的活性，從而將對人體細胞的傷害降至最低。
下面通過實施例來對本發明進行具體說明。
實施例1
控制該收集器2的轉速為1500rpm，收集時間為1h，在該收集器2上製備納米纖維基體薄膜10，該納米纖維基體薄膜10中的聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維沿同一方向有序排列，該納米纖維基體薄膜10厚度為34μm；控制該收集器2的轉速為100rpm，收集時間為1.3h，在該納米纖維基體薄膜10上製備納米纖維可變形薄膜21，該納米纖維可變形薄膜21中結合有香豆素的聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維無序排列，得到的納米纖維複合膜30總厚度為84μm；將該納米纖維複合膜30從該收集器2上分離並裁剪為20×1.5cm2 ；將裁剪後的該納米纖維複合膜30暴露於波長為254nm紫外光照條件下1分鐘，從而制得直徑為5mm，長度為20cm的人工血管100。
實施例2
控制該收集器2的轉速為1500rpm，收集時間為1h，在該收集器2上製備納米纖維基體薄膜10，該納米纖維基體薄膜10中的聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維沿第一方向有序排列，該納米纖維基體薄膜10厚度為34μm；將該收集器2旋轉90度，控制該收集器2的轉速為1500rpm，收集時間為1.3h，在該納米纖維基體薄膜10上製備納米纖維可變形薄膜21，該納米纖維可變形薄膜21中結合有香豆素的聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維沿與該第一方向垂直的第二方向有序排列，得到的納米纖維複合膜30總厚度為78μm；將該納米纖維複合膜30從該收集器2上分離並裁剪為15×1.5cm2 ；將裁剪後的該納米纖維複合膜30暴露於波長為254nm紫外光照條件下0.5分鐘，從而制得直徑為3mm，長度為15cm的人工血管100。
實施例3
根據實施例2的製備方法裁剪納米纖維複合膜30後，在該納米纖維基體薄膜10上種植人體細胞，然後將該納米纖維複合膜30暴露於波長為254nm紫外光照條件下0.5分鐘，從而制得直徑為5mm，長度為20cm的人工血管100。
請參閱圖4，本發明一較佳實施方式還提供一種由上述製備方法制得的人工血管100，其包括位於內側的一納米纖維基體薄膜10以及位於外側的一納米纖維外層薄膜20。所述納米纖維外層薄膜20結合於所述納米纖維基體薄膜10上。
該納米纖維基體薄膜10由高分子納米纖維按第一排列方式排列而成。所述第一排列方式為該納米纖維基體薄膜10的高分子納米纖維沿同一方向有序排列。在本實施方式中，所述納米纖維基體薄膜10的高分子納米纖維包括聚己內酯(PCL)納米纖維以及聚氨基甲酸酯(PU)納米纖維，所述聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維相互混合。
該納米纖維外層薄膜20由高分子納米纖維按與該第一排列方式不同的第二排列方式排列而成。所述納米纖維外層薄膜20的高分子納米纖維為聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維，所述聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維相互混合。
在另一實施方式中，所述納米纖維基體薄膜10上種植有人工細胞(圖未示)。
本發明可先種植人體細胞，然後利用光可分解型感光高分子在紫外光照條件下可分解的特性，在種植人體細胞後再控制納米纖維可變形薄膜21膨脹而捲曲為人工血管100，達到天然血管的理想的形態和彎曲性，而非如現有技術直接採用圓柱形結構的血管支架來種植人體細胞，使得人體細胞的培養具有更高的可操作性。再者，通過控制該納米纖維基體薄膜10的高分子納米纖維沿同一方向有序排列，可使得後續人體細胞種植培養過程受到該納米纖維基體薄膜10的高分子納米纖維的排列方向影響而沿所述排列方向延伸，從而使得人體細胞的排列方向與所述人工血管100實際工作時人體的血流方向相同。最後，可根據所述人工血管100所需的大小裁剪該納米纖維複合膜30，即人工血管100的尺寸可控，滿足不同用戶的個性化需求。
最後需要指出，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本發明技術方案的精神和範圍。
1‧‧‧靜電紡絲裝置
2‧‧‧收集器
10‧‧‧納米纖維基體薄膜
20‧‧‧納米纖維外層薄膜
21‧‧‧納米纖維可變形薄膜
30‧‧‧納米纖維複合膜
100‧‧‧人工血管
圖1為本發明一較佳實施方式的人工血管的製備方法所使用的靜電紡絲裝置的結構示意圖。
圖2為使用圖1所示的製備納米纖維基體薄膜後的結構示意圖。
圖3為圖2所示的納米纖維基體薄膜上製備納米纖維可變形薄膜後獲得的納米纖維複合膜的結構示意圖。
圖4對圖3所示的納米纖維複合膜進行紫外光照射後得到的人工血管的結構示意圖。
圖5為圖4所示的納米纖維複合膜進行紫外光照射的反應原理圖。
圖6為圖3所示的納米纖維複合膜的納米纖維基體薄膜和納米纖維可變形薄膜沿第一種方式排列的結構示意圖。
圖7為圖3所示的納米纖維複合膜的納米纖維基體薄膜和納米纖維可變形薄膜沿第二種方式排列的結構示意圖。
無
無

Claims (12)

  1. 一種人工血管的製備方法，包括： 提供一靜電紡絲裝置，該靜電紡絲裝置包括一收集器； 採用靜電紡絲方法在該收集器上製備一納米纖維基體薄膜，所述納米纖維基體薄膜由高分子納米纖維按第一排列方式排列而成，所述第一排列方式為所述納米纖維基體薄膜的高分子納米纖維沿同一方向有序排列； 採用靜電紡絲方法在該納米纖維基體薄膜遠離該收集器的表面製備一納米纖維可變形薄膜，從而得到一納米纖維複合膜，該納米纖維可變形薄膜由高分子納米纖維按與該第一排列方式不同的第二排列方式排列而成，該納米纖維可變形薄膜的高分子納米纖維為光可分解型感光高分子； 將該納米纖維複合膜從該收集器上分離並裁剪為所需尺寸；以及 將裁剪後的該納米纖維複合膜暴露於紫外光照條件下，使該光可分解型感光高分子在紫外光照條件下分解以使該納米纖維可變形薄膜膨脹，從而，該納米纖維複合膜捲曲而制得所述人工血管。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的人工血管的製備方法，其中，該納米纖維可變形薄膜的高分子納米纖維為結合有香豆素的高分子納米纖維。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的人工血管的製備方法，其中，所述納米纖維基體薄膜以及所述納米纖維可變形薄膜的高分子納米纖維均包括聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維，所述聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維相互混合。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的人工血管的製備方法，其中，將聚己內酯、聚氨基甲酸酯和溶劑混合以配製第一電紡溶液，通過該第一電紡溶液製備該納米纖維基體薄膜。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的人工血管的製備方法，其中，將結合有香豆素的聚己內酯、結合有香豆素的聚氨基甲酸酯和溶劑混合以配製第二電紡溶液，通過該第二電紡溶液製備該納米纖維可變形薄膜。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的人工血管的製備方法，其中，步驟“將該納米纖維複合膜從該收集器上分離並裁剪為所需尺寸”之後還包括： 在該納米纖維基體薄膜上種植人體細胞。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的人工血管的製備方法，其中，將該納米纖維複合膜的該納米纖維可變形薄膜一側暴露於紫外光照條件下。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的人工血管的製備方法，其中，所述第二排列方式為該納米纖維可變形薄膜的高分子納米纖維無序排列。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的人工血管的製備方法，其中，所述第一排列方式為該納米纖維基體薄膜的高分子納米纖維沿第一方向有序排列，所述第二排列方式為該納米纖維可變形薄膜的高分子納米纖維沿與該第一方向垂直的第二方向有序排列。
  10. 一種人工血管，包括位於內側的一納米纖維基體薄膜以及位於外側的一納米纖維外層薄膜，所述納米纖維外層薄膜結合於所述納米纖維基體薄膜上，該納米纖維基體薄膜由高分子納米纖維按第一排列方式排列而成，所述第一排列方式為該納米纖維基體薄膜的高分子納米纖維沿同一方向有序排列，該納米纖維外層薄膜由高分子納米纖維按與該第一排列方式不同的第二排列方式排列而成。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的人工血管，其中，所述納米纖維基體薄膜以及所述納米纖維可變形薄膜的高分子納米纖維均包括聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維，所述聚己內酯納米纖維以及聚氨基甲酸酯納米纖維相互混合。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的人工血管，其中，所述納米纖維基體薄膜上種植有人工細胞。
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