一種靜電紡絲複合血管支架及其製備方法

2023-10-08 10:51:44 1

專利名稱：一種靜電紡絲複合血管支架及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種新型靜電紡絲複合血管支架及其製備方法，適用於血管人工修復或血管組織工程領域。
背景技術：
支架在組織工程研究中起著重要作用，它是組織工程實現產業化的關鍵。隨 著老齡化社會的到來及人們飲食結構的變化，心血管疾病及其外周阻塞性病變的發病率逐年上升。臨床急需各種直徑的血管替代物修復損傷血管。理想的血管支架應具備以下特點( I)無毒且具有良好的生物相容性；(2)具有一定的機械強度及順應性；(3)具有生物可降解性及降解可調節性；(4)具有三維立體多孔結構，以利於細胞粘附、生長和增殖；(5)具有較好的血液相容性。目前用於製備血管支架的材料主要有金屬支架和高分子聚合物支架兩大類。金屬支架具有良好的機械性能，在臨床上已有一定應用，但是由於其材料表面抗凝血性能差、存在致血栓性、金屬表面難以負載藥物等不足限制了支架植入術的療效。而可降解金屬支架，如鎂合金的力學性能欠佳，其應力腐蝕敏感性較高，導致支架在未全部降解時便過早失效(如專利公開號CN 1887360A)。用於製備支架的生物講解聚合材料通常有聚乙醇酸(polyglycolic acid, PGA),聚輕基辛脂(polyhydroxoctanoate, ΡΗ0)，聚乳酸(polylactic acid, PLA),聚己內酯(PCL)及其共聚物等。這類可降解或可吸收材料合成的高分子材料，在初期起到機械製成、提供細胞生長微環境作用後，後期隨著降解產生的空間又為組織生長提供了空間，使得人工血管被新章程血管所替代。以新型可生物降解高分子材料聚乳酸為代表，其降解後為機體所能代謝的乳酸，經過體內酶分解最終形成二氧化碳和水，無毒無刺激性，且具有良好的力學強度、可吸收性、化學穩定性、可降解性以及生物相容性而備受關注。但是聚乳酸支架自身脆性較大，細胞親和性欠佳。(如專利公開號CN1410132A;CN101703808A)製備血管支架的方法主要有顆粒析出法、氣體發泡法、冷凍乾燥法、快速成型法、靜電紡絲法等，其中靜電紡絲是利用高壓電場作用下形成噴射流製備納米纖維的方法，所得到的高分子聚合物納米纖維具有典型的三維網狀結構，具有極好的韌性和細胞親和性，其孔隙率和比表面積高，有利於細胞的黏附、生長及增殖，而且可以通過改變直徑控制孔徑和孔隙結構並可通過調節相關參數來改變纖維形態進而改善支架材料的物理力學性能，配合一定形狀的收集裝置，可以得到具有特定外形的支架材料採用旋轉的棒狀收集裝置可以收集具有一定內徑的人工血管材料並可通過進液量控制紡絲層的厚度。此外，該法還具有設備簡單，操作方便，成本低等優勢。不足之處在於，獲得的血管支架力學強度欠佳而無法在體內穩定存在。(Vaz et. al, 2005;Xu et. al, 2004)基於上述背景，考慮在聚乳酸為原料的底膜上採用靜電紡絲技術得到複合血管支架，使之兼具二者之優勢，既能滿足生物活性需求又不失力學性能，從而使得到的血管支架更符合臨床需求。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種新的靜電紡絲複合血管支架，生物可完全降解，可應用於組織工程領域。本發明所述的複合血管支架由環形底膜層和支架層兩部分組成。環形底膜層為環形管狀膜結構，具有較好機械性能。支架層是在該底膜層基礎上利用靜電紡絲方法噴塗一層直徑均勻的納米纖維，具有典型的三維空間結構，利於細胞的粘附和增殖。

所述的複合血管支架的環形底膜層和支架層部分，均由生物可吸收的高分子製備，如聚乳酸，乳酸和己內酯的共混物，乳酸-己內酯共聚物或者其他的可降解高分子材料，但優先選擇乳酸-己內酯共聚物。所述的支架層為靜電紡絲組成的具有多孔結構的三維支架，其靜電紡絲的直徑為200_1000nm。本發明的另一目的是提供上述複合血管支架的製備方法，具體包括如下步驟I)將高分子材料溶解於二氯甲烷溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至完全溶解，形成有機相(I)。2)將金屬棒置入有機相(I)中，輕輕旋轉若干次使其附著於金屬棒上。將金屬棒倒置豎直放置，令有機溶劑自然揮發，形成包裹在金屬棒的一層環狀底膜。3)將高分子材料溶解於二氯甲烷與N- 二甲基醯胺混合溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至共聚物完全溶解，形成有機相(II);4)搭建噴射臺，將(2)中得到的覆蓋有底膜的金屬棒固定在恆速攪拌器上。將有機相(II)裝入到噴霧裝置中的注射器中，利用靜電紡絲技術在環狀底膜上噴塗靜電紡絲支架層，最終形成複合血管支架。所述的有機相⑴中高分子材料的濃度範圍為2. 5-15% (g/100ml)，有機相(II)中高分子材料的濃度為3-8%(g/10mL)。所述的紡絲過程中，針尖與接收裝置距離為15-20cm，注射速率在O. 3-lmL/h，推進量範圍為O. 5-2mL。所述的金屬棒直徑為2_8mm，材質為不鏽鋼。本發明上述技術方案，具有如下優點(I)複合血管支架由生物可完全降解的高分子材料製備，具有良好的生物相容性。(2)電紡絲纖維直徑超細，得到的無紡布具有高孔隙率及比表面積。(3)與傳統的靜電紡絲支架相比較，本發明複合血管支架具有良好的機械性能，在液體環境中不易變形，有更好的規定形態。(4)本發明製備工藝簡單，設備要求低，製備成本低廉，製備效率高。


圖I為本發明製備的複合血管支架結構示意圖，其中I為環形底膜層，2為靜電紡絲支架層。
圖2為I圖中的3所標識的靜電紡絲支架層的表面結構放大示意圖。圖3為I圖中的4所標識的環形底膜層的表面結構放大示意圖。圖4為製備裝置示意圖。圖5為實物示意圖。圖6為複合血管支架表面的掃描電子顯微鏡形貌圖。圖7為複合血管支架橫截面的掃描電子顯微鏡形貌圖。
具體實施例方式
下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖I所示，為靜電紡絲複合血管支架示意圖，由環形底膜層I和靜電紡絲支架層兩部分組成，其中所述環形底膜層I為環形管狀膜結構，具有較好的機械性能；所述支架層2是在該環形底膜層上採用靜電紡絲方法噴塗的一層直徑均勻的納米纖維，具有典型的三維空間結構，利於細胞的粘附和增殖；所述環形底膜層和靜電紡絲支架層均採用可降解的高分子材料製成。如圖2靜電紡絲支架層的表面結構示意圖，圖3為環形底膜層的表面結構示意圖。如圖4所示，為以下實施例中採用的靜電紡絲裝置示意圖，圖中1-高壓電源2-靜電紡絲泵3-注射器4-針頭5-恆速攪拌器6-不鏽鋼金屬棒7-環狀底膜。實施例I具體操作過程如下(I)稱取Ig聚乳酸-己內酯共聚物(PLLA-co-PCL)，將其置於IOmL 二氯甲烷溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至完全溶解，形成有機相(I)。(2)將直徑為4mm的金屬棒，置入有機相(I)中，輕輕旋轉若干次使有機相附著於金屬棒上。將金屬棒倒置豎直放置24小時，令有機溶劑自然揮發，形成包裹在金屬棒的一層環狀底膜。(3 )分別稱取左旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PLLA-co-PCL)0. 15g和聚己內酯-外消旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PDLLA-co-PCL)O. 45g，將其置於IOml 二氯甲烷與N-二甲基醯胺(體積比7:3)混合溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至共聚物完全溶解，形成有機相(II)。(4)搭建噴射臺，將(2)中得到的覆蓋有底膜的金屬棒固定在恆速攪拌器上。將有機相(II)裝入到噴霧裝置中的注射器中，針尖與接收裝置距離為15cm，注射速率為O. 3mL/h，注射量lmL。利用靜電紡絲技術在環狀底膜上噴塗靜電紡絲支架層，最終形成複合血管支架，實物圖如圖5所示。圖6為複合血管支架表面的掃描電子顯微鏡形貌圖。圖7為複合血管支架橫截面的掃描電子顯微鏡形貌圖。通過掃描電子顯微鏡觀察複合血管支架，可以觀察到兩層不同的結構，一層為光滑的底膜，一層為支架狀的靜電紡絲結構。經掃描電子顯微鏡觀察得納米纖維的直徑為245nm±30nm。通過人血管動脈平滑肌細胞細胞檢測所製備的複合血管支架具有良好的生物相容性。實施例2
具體操作過程如下(I)稱取0.25g聚乳酸-己內酯共聚物(PLLA-co-PCL)，將其置於IOmL 二氯甲烷溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至完全溶解，形成有機相(I)。(2)將直徑為2mm的金屬棒，置入有機相(I)中，輕輕旋轉若干次使有機相附著於金屬棒上。將金屬棒倒置豎直放置24小時，令有機溶劑自然揮發，形成包裹在金屬棒的一層環狀底膜。(3 )分別稱取左旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PLLA-co-PCL)0. 15g和聚己內酯-外消旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PDLLA-co-PCL)O. 45g，將其置於IOml 二氯甲烷與N-二甲 基醯胺(體積比7:3)混合溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至共聚物完全溶解，形成有機相(II)。(4)搭建噴射臺，將(2)中得到的覆蓋有底膜的金屬棒固定在恆速攪拌器上。將有機相(II)裝入到噴霧裝置中的注射器中，針尖與接收裝置距離為15cm，注射速率為O. 3mL/h，注射量lmL。利用靜電紡絲技術在環狀底膜上噴塗靜電紡絲支架層，最終形成複合血管支架。通過掃描電子顯微鏡觀察複合血管支架，為兩層不同的結構，一層為光滑的底膜，一層為支架狀的靜電紡絲結構。經掃描電子顯微鏡觀察得納米纖維的直徑為280±30nm。通過人血管動脈平滑肌細胞細胞檢測所製備的複合之間具有良好的生物相容性。實施例3具體操作過程如下(I)稱取I. 5g聚乳酸-己內酯共聚物(PLLA-co-PCL)，將其置於IOmL 二氯甲烷溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至完全溶解，形成有機相(I)。(2)將直徑為8mm的金屬棒，置入有機相(I)中，輕輕旋轉若干次使有機相附著於金屬棒上。將金屬棒倒置豎直放置24小時，令有機溶劑自然揮發，形成包裹在金屬棒的一層環狀底膜。(3)分別稱取左旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PLLA-co-PCL) O. 3g和聚己內酯-外消旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PDLLA-co-PCL)O. 3g，將其置於IOml 二氯甲烷與N-二甲基醯胺(體積比7:3)混合溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至共聚物完全溶解，形成有機相(II)。(4)搭建噴射臺，將(2)中得到的覆蓋有底膜的金屬棒固定在恆速攪拌器上。將有機相(II)裝入到噴霧裝置中的注射器中，針尖與接收裝置距離為15cm，注射速率為0. 3mL/h，注射量lmL。利用靜電紡絲技術在環狀底膜上噴塗靜電紡絲支架層，最終形成複合血管支架。通過掃描電子顯微鏡觀察複合血管支架，為兩層不同的結構，一層為光滑的底膜，一層為支架狀的靜電紡絲結構。經掃描電子顯微鏡觀察得納米纖維的直徑為457±20nm。通過人血管動脈平滑肌細胞細胞檢測所製備的複合血管支架具有良好的生物相容性。實施例4具體操作過程如下(I)稱取Ig聚乳酸-己內酯共聚物(PLLA-co-PCL)，將其置於IOmL 二氯甲烷溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至完全溶解，形成有機相(I)。
(2)將直徑為4mm的金屬棒，置入有機相⑴中，輕輕旋轉若干次使有機相附著於金屬棒上。將金屬棒倒置豎直放置24小時，令有機溶劑自然揮發，形成包裹在金屬棒的一層環狀底膜。(3)分別稱取左旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PLLA-co-PCL) O. 3g和聚己內酯-外消旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PDLLA-co-PCL)O. 3g，將其置於IOml 二氯甲烷與N-二甲基醯胺(體積比7:3)混合溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至共聚物完全溶解，形成有機相(II)。

(4)搭建噴射臺，將(2)中得到的覆蓋有底膜的金屬棒固定在恆速攪拌器上。將有機相(II)裝入到噴霧裝置中的注射器中，針尖與接收裝置距離為15cm，注射速率為O. 3mL/h，注射量lmL。利用靜電紡絲技術在環狀底膜上噴塗靜電紡絲支架層，最終形成複合血管支架。通過掃描電子顯微鏡觀察複合血管支架，為兩層不同的結構，一層為光滑的底膜，一層為支架狀的靜電紡絲結構。經掃描電子顯微鏡觀察得納米纖維的直徑為360±30nm。通過人血管動脈平滑肌細胞細胞檢測所製備的複合血管支架具有良好的生物相容性。實施例5具體操作過程如下(I)稱取Ig聚乳酸-己內酯共聚物(PLLA-co-PCL)，將其置於IOmL 二氯甲烷溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至完全溶解，形成有機相(I)。(2)將直徑為4mm的金屬棒，置入有機相(I)中，輕輕旋轉若干次使有機相附著於金屬棒上。將金屬棒倒置豎直放置24小時，令有機溶劑自然揮發，形成包裹在金屬棒的一層環狀底膜。(3)稱取聚己內酯-外消旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PDLLA-co-PCL) O. 6g，將其置於IOml 二氯甲烷與N- 二甲基醯胺(體積比7:3)混合溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至共聚物完全溶解，形成有機相(II)。(4)搭建噴射臺，將(2)中得到的覆蓋有底膜的金屬棒固定在恆速攪拌器上。將有機相(II)裝入到噴霧裝置中的注射器中，針尖與接收裝置距離為15cm，注射速率為O. 3mL/h，注射量lmL。利用靜電紡絲技術在環狀底膜上噴塗靜電紡絲支架層，最終形成複合血管支架。通過掃描電子顯微鏡觀察複合血管支架，為兩層不同的結構，一層為光滑的底膜，一層為支架狀的靜電紡絲結構。經掃描電子顯微鏡觀察得納米纖維的直徑為430±30nm。通過人血管動脈平滑肌細胞細胞檢測所製備的複合血管支架具有良好的生物相容性。實施例6具體操作過程如下(I)稱取Ig聚乳酸-己內酯共聚物(PLLA-co-PCL)，將其置於IOmL 二氯甲烷溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至完全溶解，形成有機相(I)。(2)將直徑為4mm的金屬棒，置入有機相(I)中，輕輕旋轉若干次使有機相附著於金屬棒上。將金屬棒倒置豎直放置24小時，令有機溶劑自然揮發，形成包裹在金屬棒的一層環狀底膜。(3 )分別稱取左旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PLLA-co-PCL)0. 15g和聚己內酯-外消旋聚乳酸與己內酯的共聚物(PDLLA-co-PCL) O. 45g，將其置於IOml 二氯甲烷與N-二甲基醯胺(體積比7:3)混合溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至共聚物完全溶解，形成有機相(II)。(4)搭建噴射臺，將(2)中得到的覆蓋有底膜的金屬棒固定在恆速攪拌器上。將有機相(II)裝入到噴霧裝置中的注射器中，針尖與接收裝置距離為20cm，注射速率為lmL/h，注射量2mL。利用靜電紡絲技術在環狀底膜上噴塗靜電紡絲支架層，最終形成複合血管支架。通過掃描電子顯微鏡觀察複合血管支架，為兩層不同的結構，一層為光滑的底膜，一層為支架狀的靜電紡絲結構。經掃描電子顯微鏡觀察得納米纖維的直徑為760±40nm。通過人血管動脈平滑肌細胞細胞檢測所製備的複合血管支架具有良好的生物相容性。以上為本發明優選實施例,應當指出的是,變換上述實施例中的參數範圍或者可 降解的高分子材料，本發明也是可以實現的，並不限於上述的實施例。本發明所提到的複合膜具有更強的機械性能及良好的生物相容性，且製備工藝簡單，成本低廉，易於推廣。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種靜電紡絲複合血管支架，其特徵在於，由環形底膜層和支架層兩部分組成，其中所述環形底膜層為環形管狀膜結構，具有較好的機械性能；所述支架層是在該環形底膜層上採用靜電紡絲方法噴塗的一層直徑均勻的納米纖維，具有典型的三維空間結構，利於細胞的粘附和增殖；所述環形底膜層和靜電紡絲支架層均採用可降解的高分子材料製成。
2.根據權利要求I所述的靜電紡絲複合血管支架，其特徵在於，所述可降解的高分子材料為聚乳酸，聚乳酸和聚己內酯的共混物或乳酸-己內酯共聚物。
3.根據權利要求2所述的靜電紡絲複合血管支架，其特徵在於，所述可降解的高分子材料為乳酸-己內酯共聚物。
4.根據權利要求1-3任一項所述的靜電紡絲複合血管支架，其特徵在於，所述的支架層為靜電紡絲組成的具有多孔結構的三維支架，絲的直徑為200-1000nm。
5.一種權利要求1-4所述的靜電紡絲複合血管支架的製備方法，其特徵在於，其製備過程包括如下步驟 1)將高分子材料溶解於二氯甲烷溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至完全溶解，形成有機相(I); 2)將金屬棒，置入有機相(I)中，輕輕旋轉若干次使有機相附著於金屬棒上，將金屬棒倒置豎直放置，令有機溶劑自然揮發，形成包裹在金屬棒的一層環狀底膜； 3)將高分子材料溶解於二氯甲烷與N-二甲基醯胺混合溶劑中，在室溫下放置於磁力攪拌器上攪拌直至共聚物完全溶解，形成有機相(II); 4)搭建噴射臺，將2)中得到的覆蓋有底膜的金屬棒固定在恆速攪拌器上，將有機相(II)裝入到噴霧裝置中的注射器中，利用靜電紡絲技術在環狀底膜上噴塗靜電紡絲支架層，最終形成複合血管支架。
6.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述有機相(I)中高分子材料的濃度範圍為2. 5-15%，此處濃度是指g/100mL。
7.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述有機相(II)中高分子材料的濃度為3-8%，此處濃度是指g/100mL。
8.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於，所述靜電紡絲過程參數為針尖與接收裝置距離為15-20cm，注射速率在O. 3-lmL/h，推進量範圍為O. 5_2mL。
9.根據權利要求5-8任一項所述的製備方法，其特徵在於，所述金屬棒的直徑為2-8mm。
10.根據權利要求5-8任一項所述的製備方法，其特徵在於，所述金屬棒的材質為不鏽鋼。
全文摘要
本發明公開一種靜電紡絲複合血管支架及其製備方法，所述複合血管支架由環形底膜層和支架層兩部分組成，其中所述環形底膜層為環形管狀膜結構，具有較好的機械性能；所述支架層是在該環形底膜層上採用靜電紡絲方法噴塗的一層直徑均勻的納米纖維，具有典型的三維空間結構，利於細胞的粘附和增殖；所述環形底膜層和靜電紡絲支架層均採用可降解的高分子材料製成。本發明具有良好的機械性能，在液體環境中不易變形，有更好的規定形態；製備工藝簡單，設備要求低，製備成本低廉，製備效率高，成本低廉，易於推廣。
文檔編號D01D5/00GK102764171SQ20121027060
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月31日 優先權日2012年7月31日
發明者何丹農, 餘震, 鍾建, 閆志強, 馬夢佳, 魏岱旭 申請人:上海交通大學, 上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司