CN102764171B - 一种静电纺丝复合血管支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种静电纺丝复合血管支架及其制备方法，所述复合血管支架由环形底膜层和支架层两部分组成，其中：所述环形底膜层为环形管状膜结构，具有较好的机械性能；所述支架层是在该环形底膜层上采用静电纺丝方法喷涂的一层直径均匀的纳米纤维，具有典型的三维空间结构，利于细胞的粘附和增殖；所述环形底膜层和静电纺丝支架层均采用可降解的高分子材料制成。本发明具有良好的机械性能，在液体环境中不易变形，有更好的规定形态；制备工艺简单，设备要求低，制备成本低廉，制备效率高，成本低廉，易于推广。

Description

一种静电纺丝复合血管支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型静电纺丝复合血管支架及其制备方法，适用于血管人工修复或血管组织工程领域。

背景技术

支架在组织工程研究中起着重要作用，它是组织工程实现产业化的关键。随着老龄化社会的到来及人们饮食结构的变化，心血管疾病及其外周阻塞性病变的发病率逐年上升。临床急需各种直径的血管替代物修复损伤血管。理想的血管支架应具备以下特点：

（1）无毒且具有良好的生物相容性；

（2）具有一定的机械强度及顺应性；

（3）具有生物可降解性及降解可调节性；

（4）具有三维立体多孔结构，以利于细胞粘附、生长和增殖；

（5）具有较好的血液相容性。

目前用于制备血管支架的材料主要有金属支架和高分子聚合物支架两大类。金属支架具有良好的机械性能，在临床上已有一定应用，但是由于其材料表面抗凝血性能差、存在致血栓性、金属表面难以负载药物等不足限制了支架植入术的疗效。而可降解金属支架，如镁合金的力学性能欠佳，其应力腐蚀敏感性较高，导致支架在未全部降解时便过早失效（如专利公开号：CN 1887360A）。用于制备支架的生物讲解聚合材料通常有聚乙醇酸(polyglycolic acid,PGA)，聚羟基辛脂（polyhydroxoctanoate,PHO）,聚乳酸（polylactic acid,PLA），聚己内酯（PCL）及其共聚物等。这类可降解或可吸收材料合成的高分子材料，在初期起到机械制成、提供细胞生长微环境作用后，后期随着降解产生的空间又为组织生长提供了空间，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为代表，其降解后为机体所能代谢的乳酸，经过体内酶分解最终形成二氧化碳和水，无毒无刺激性，且具有良好的力学强度、可吸收性、化学稳定性、可降解性以及生物相容性而备受关注。但是聚乳酸支架自身脆性较大，细胞亲和性欠佳。（如专利公开号CN1410132A;CN101703808A）

制备血管支架的方法主要有颗粒析出法、气体发泡法、冷冻干燥法、快速成型法、静电纺丝法等，其中静电纺丝是利用高压电场作用下形成喷射流制备纳米纤维的方法，所得到的高分子聚合物纳米纤维具有典型的三维网状结构，具有极好的韧性和细胞亲和性，其孔隙率和比表面积高，有利于细胞的黏附、生长及增殖，而且可以通过改变直径控制孔径和孔隙结构并可通过调节相关参数来改变纤维形态进而改善支架材料的物理力学性能，配合一定形状的收集装置，可以得到具有特定外形的支架材料：采用旋转的棒状收集装置可以收集具有一定内径的人工血管材料并可通过进液量控制纺丝层的厚度。此外，该法还具有设备简单，操作方便，成本低等优势。不足之处在于，获得的血管支架力学强度欠佳而无法在体内稳定存在。（Vaz et.al,2005;Xu et.al,2004）

基于上述背景，考虑在聚乳酸为原料的底膜上采用静电纺丝技术得到复合血管支架，使之兼具二者之优势，既能满足生物活性需求又不失力学性能，从而使得到的血管支架更符合临床需求。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新的静电纺丝复合血管支架，生物可完全降解，可应用于组织工程领域。

本发明所述的复合血管支架由环形底膜层和支架层两部分组成。环形底膜层为环形管状膜结构，具有较好机械性能。支架层是在该底膜层基础上利用静电纺丝方法喷涂一层直径均匀的纳米纤维，具有典型的三维空间结构，利于细胞的粘附和增殖。

所述的复合血管支架的环形底膜层和支架层部分，均由生物可吸收的高分子制备，如聚乳酸，乳酸和己内酯的共混物，乳酸-己内酯共聚物或者其他的可降解高分子材料，但优先选择乳酸-己内酯共聚物。

所述的支架层为静电纺丝组成的具有多孔结构的三维支架，其静电纺丝的直径为200-1000nm。

本发明的另一目的是提供上述复合血管支架的制备方法，具体包括如下步骤：

1)将高分子材料溶解于二氯甲烷溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至完全溶解，形成有机相(I)。

2)将金属棒置入有机相(I)中，轻轻旋转若干次使其附着于金属棒上。将金属棒倒置竖直放置，令有机溶剂自然挥发，形成包裹在金属棒的一层环状底膜。

3)将高分子材料溶解于二氯甲烷与N-二甲基酰胺混合溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至共聚物完全溶解，形成有机相(II)；

4)搭建喷射台，将（2）中得到的覆盖有底膜的金属棒固定在恒速搅拌器上。将有机相(II)装入到喷雾装置中的注射器中，利用静电纺丝技术在环状底膜上喷涂静电纺丝支架层，最终形成复合血管支架。

所述的有机相(I)中高分子材料的浓度范围为2.5-15%（g/100ml），有机相(II)中高分子材料的浓度为3-8%(g/10mL)。

所述的纺丝过程中，针尖与接收装置距离为15-20cm，注射速率在0.3-1mL/h，推进量范围为0.5-2mL。

所述的金属棒直径为2-8mm，材质为不锈钢。

本发明上述技术方案，具有如下优点：

（1）复合血管支架由生物可完全降解的高分子材料制备，具有良好的生物相容性。

（2）电纺丝纤维直径超细，得到的无纺布具有高孔隙率及比表面积。

（3）与传统的静电纺丝支架相比较，本发明复合血管支架具有良好的机械性能，在液体环境中不易变形，有更好的规定形态。

（4）本发明制备工艺简单，设备要求低，制备成本低廉，制备效率高。

附图说明

图1为本发明制备的复合血管支架结构示意图，其中1为环形底膜层，2为静电纺丝支架层。

图2为1图中的3所标识的静电纺丝支架层的表面结构放大示意图。

图3为1图中的4所标识的环形底膜层的表面结构放大示意图。

图4为制备装置示意图。

图5为实物示意图。

图6为复合血管支架表面的扫描电子显微镜形貌图。

图7为复合血管支架横截面的扫描电子显微镜形貌图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为静电纺丝复合血管支架示意图，由环形底膜层1和静电纺丝支架层两部分组成，其中：所述环形底膜层1为环形管状膜结构，具有较好的机械性能；所述支架层2是在该环形底膜层上采用静电纺丝方法喷涂的一层直径均匀的纳米纤维，具有典型的三维空间结构，利于细胞的粘附和增殖；所述环形底膜层和静电纺丝支架层均采用可降解的高分子材料制成。

如图2静电纺丝支架层的表面结构示意图，图3为环形底膜层的表面结构示意图。

如图4所示，为以下实施例中采用的静电纺丝装置示意图，图中：1-高压电源  2-静电纺丝泵  3-注射器  4-针头  5-恒速搅拌器  6-不锈钢金属棒  7-环状底膜。

实施例1

具体操作过程如下：

（1）称取1g聚乳酸-己内酯共聚物（PLLA-co-PCL），将其置于10mL二氯甲烷溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至完全溶解，形成有机相(I)。

（2）将直径为4mm的金属棒，置入有机相(I)中，轻轻旋转若干次使有机相附着于金属棒上。将金属棒倒置竖直放置24小时，令有机溶剂自然挥发，形成包裹在金属棒的一层环状底膜。

（3）分别称取左旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PLLA-co-PCL）0.15g和聚己内酯-外消旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PDLLA-co-PCL）0.45g，将其置于10ml二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比7:3）混合溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至共聚物完全溶解，形成有机相(II)。

（4）搭建喷射台，将（2）中得到的覆盖有底膜的金属棒固定在恒速搅拌器上。将有机相(II)装入到喷雾装置中的注射器中，针尖与接收装置距离为15cm，注射速率为0.3mL/h，注射量1mL。利用静电纺丝技术在环状底膜上喷涂静电纺丝支架层，最终形成复合血管支架，实物图如图5所示。

图6为复合血管支架表面的扫描电子显微镜形貌图。图7为复合血管支架横截面的扫描电子显微镜形貌图。通过扫描电子显微镜观察复合血管支架，可以观察到两层不同的结构，一层为光滑的底膜，一层为支架状的静电纺丝结构。经扫描电子显微镜观察得纳米纤维的直径为245nm±30nm。通过人血管动脉平滑肌细胞细胞检测所制备的复合血管支架具有良好的生物相容性。

实施例2

具体操作过程如下：

（1）称取0.25g聚乳酸-己内酯共聚物（PLLA-co-PCL），将其置于10mL二氯甲烷溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至完全溶解，形成有机相(I)。

（2）将直径为2mm的金属棒，置入有机相(I)中，轻轻旋转若干次使有机相附着于金属棒上。将金属棒倒置竖直放置24小时，令有机溶剂自然挥发，形成包裹在金属棒的一层环状底膜。

（3）分别称取左旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PLLA-co-PCL）0.15g和聚己内酯-外消旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PDLLA-co-PCL）0.45g，将其置于10ml二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比7:3）混合溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至共聚物完全溶解，形成有机相(II)。

（4）搭建喷射台，将（2）中得到的覆盖有底膜的金属棒固定在恒速搅拌器上。将有机相(II)装入到喷雾装置中的注射器中，针尖与接收装置距离为15cm，注射速率为0.3mL/h，注射量1mL。利用静电纺丝技术在环状底膜上喷涂静电纺丝支架层，最终形成复合血管支架。

通过扫描电子显微镜观察复合血管支架，为两层不同的结构，一层为光滑的底膜，一层为支架状的静电纺丝结构。经扫描电子显微镜观察得纳米纤维的直径为280±30nm。通过人血管动脉平滑肌细胞细胞检测所制备的复合之间具有良好的生物相容性。

实施例3

具体操作过程如下：

（1）称取1.5g聚乳酸-己内酯共聚物（PLLA-co-PCL），将其置于10mL二氯甲烷溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至完全溶解，形成有机相(I)。

（2）将直径为8mm的金属棒，置入有机相(I)中，轻轻旋转若干次使有机相附着于金属棒上。将金属棒倒置竖直放置24小时，令有机溶剂自然挥发，形成包裹在金属棒的一层环状底膜。

（3）分别称取左旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PLLA-co-PCL）0.3g和聚己内酯-外消旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PDLLA-co-PCL）0.3g，将其置于10ml二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比7:3）混合溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至共聚物完全溶解，形成有机相(II)。

（4）搭建喷射台，将（2）中得到的覆盖有底膜的金属棒固定在恒速搅拌器上。将有机相(II)装入到喷雾装置中的注射器中，针尖与接收装置距离为15cm，注射速率为0.3mL/h，注射量1mL。利用静电纺丝技术在环状底膜上喷涂静电纺丝支架层，最终形成复合血管支架。

通过扫描电子显微镜观察复合血管支架，为两层不同的结构，一层为光滑的底膜，一层为支架状的静电纺丝结构。经扫描电子显微镜观察得纳米纤维的直径为457±20nm。通过人血管动脉平滑肌细胞细胞检测所制备的复合血管支架具有良好的生物相容性。

实施例4

具体操作过程如下：

（1）称取1g聚乳酸-己内酯共聚物（PLLA-co-PCL），将其置于10mL二氯甲烷溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至完全溶解，形成有机相(I)。

（2）将直径为4mm的金属棒，置入有机相(I)中，轻轻旋转若干次使有机相附着于金属棒上。将金属棒倒置竖直放置24小时，令有机溶剂自然挥发，形成包裹在金属棒的一层环状底膜。

（3）分别称取左旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PLLA-co-PCL）0.3g和聚己内酯-外消旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PDLLA-co-PCL）0.3g，将其置于10ml二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比7:3）混合溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至共聚物完全溶解，形成有机相(II)。

（4）搭建喷射台，将（2）中得到的覆盖有底膜的金属棒固定在恒速搅拌器上。将有机相(II)装入到喷雾装置中的注射器中，针尖与接收装置距离为15cm，注射速率为0.3mL/h，注射量1mL。利用静电纺丝技术在环状底膜上喷涂静电纺丝支架层，最终形成复合血管支架。

通过扫描电子显微镜观察复合血管支架，为两层不同的结构，一层为光滑的底膜，一层为支架状的静电纺丝结构。经扫描电子显微镜观察得纳米纤维的直径为360±30nm。通过人血管动脉平滑肌细胞细胞检测所制备的复合血管支架具有良好的生物相容性。

实施例5

具体操作过程如下：

（1）称取1g聚乳酸-己内酯共聚物（PLLA-co-PCL），将其置于10mL二氯甲烷溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至完全溶解，形成有机相(I)。

（2）将直径为4mm的金属棒，置入有机相(I)中，轻轻旋转若干次使有机相附着于金属棒上。将金属棒倒置竖直放置24小时，令有机溶剂自然挥发，形成包裹在金属棒的一层环状底膜。

（3）称取聚己内酯-外消旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PDLLA-co-PCL）0.6g，将其置于10ml二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比7:3）混合溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至共聚物完全溶解，形成有机相(II)。

（4）搭建喷射台，将（2）中得到的覆盖有底膜的金属棒固定在恒速搅拌器上。将有机相(II)装入到喷雾装置中的注射器中，针尖与接收装置距离为15cm，注射速率为0.3mL/h，注射量1mL。利用静电纺丝技术在环状底膜上喷涂静电纺丝支架层，最终形成复合血管支架。

通过扫描电子显微镜观察复合血管支架，为两层不同的结构，一层为光滑的底膜，一层为支架状的静电纺丝结构。经扫描电子显微镜观察得纳米纤维的直径为430±30nm。通过人血管动脉平滑肌细胞细胞检测所制备的复合血管支架具有良好的生物相容性。

实施例6

具体操作过程如下：

（1）称取1g聚乳酸-己内酯共聚物（PLLA-co-PCL），将其置于10mL二氯甲烷溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至完全溶解，形成有机相(I)。

（2）将直径为4mm的金属棒，置入有机相(I)中，轻轻旋转若干次使有机相附着于金属棒上。将金属棒倒置竖直放置24小时，令有机溶剂自然挥发，形成包裹在金属棒的一层环状底膜。

（3）分别称取左旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PLLA-co-PCL）0.15g和聚己内酯-外消旋聚乳酸与己内酯的共聚物（PDLLA-co-PCL）0.45g，将其置于10ml二氯甲烷与N-二甲基酰胺（体积比7:3）混合溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至共聚物完全溶解，形成有机相(II)。

（4）搭建喷射台，将（2）中得到的覆盖有底膜的金属棒固定在恒速搅拌器上。将有机相(II)装入到喷雾装置中的注射器中，针尖与接收装置距离为20cm，注射速率为1mL/h，注射量2mL。利用静电纺丝技术在环状底膜上喷涂静电纺丝支架层，最终形成复合血管支架。

通过扫描电子显微镜观察复合血管支架，为两层不同的结构，一层为光滑的底膜，一层为支架状的静电纺丝结构。经扫描电子显微镜观察得纳米纤维的直径为760±40nm。通过人血管动脉平滑肌细胞细胞检测所制备的复合血管支架具有良好的生物相容性。

以上为本发明优选实施例，应当指出的是，变换上述实施例中的参数范围或者可降解的高分子材料，本发明也是可以实现的，并不限于上述的实施例。本发明所提到的复合膜具有更强的机械性能及良好的生物相容性，且制备工艺简单，成本低廉，易于推广。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种静电纺丝复合血管支架的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝复合血管支架，由环形底膜层和静电纺丝支架层两部分组成，其中：所述环形底膜层为环形管状膜结构，具有较好的机械性能；所述静电纺丝支架层是在该环形底膜层上采用静电纺丝方法喷涂的一层直径均匀的纳米纤维，具有典型的三维空间结构，利于细胞的粘附和增殖；所述环形底膜层和静电纺丝支架层均采用可降解的高分子材料制成；所述可降解的高分子材料为聚乳酸，聚乳酸和聚己内酯的共混物或乳酸-己内酯共聚物；所述的静电纺丝支架层为静电纺丝组成的具有多孔结构的三维支架，丝的直径为200-1000nm；

所述的静电纺丝复合血管支架制备过程包括如下步骤：

1)将高分子材料溶解于二氯甲烷溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至完全溶解，形成有机相I；所述有机相I中高分子材料的浓度范围为2.5-15％，此处浓度是指g/100mL；

2)将金属棒，置入有机相I中，轻轻旋转若干次使有机相附着于金属棒上，将金属棒倒置竖直放置，令有机溶剂自然挥发，形成包裹在金属棒的一层环状底膜；

3)将高分子材料溶解于二氯甲烷与N-二甲基酰胺混合溶剂中，在室温下放置于磁力搅拌器上搅拌直至共聚物完全溶解，形成有机相II；所述有机相II中高分子材料的浓度为3-8％，此处浓度是指g/100mL；

4)搭建喷射台，将2)中得到的覆盖有底膜的金属棒固定在恒速搅拌器上，将有机相II装入到喷雾装置中的注射器中，利用静电纺丝技术在环状底膜上喷涂静电纺丝支架层，最终形成复合血管支架。

2.根据权利要求1所述的静电纺丝复合血管支架的制备方法，其特征在于，所述静电纺丝过程参数为：针尖与接收装置距离为15-20cm，注射速率在0.3-1mL/h，推进量范围为0.5-2mL。

3.根据权利要求1-2任一项所述的静电纺丝复合血管支架的制备方法，其特征在于，所述金属棒的直径为2-8mm。

4.根据权利要求1-2任一项所述的静电纺丝复合血管支架的制备方法，其特征在于，所述金属棒的材质为不锈钢。

5.根据权利要求1-2任一项所述的静电纺丝复合血管支架的制备方法，其特征在于，所述可降解的高分子材料为乳酸-己内酯共聚物。