本發明屬于組織工程技術領域，具體涉及一種纖維取向排列的人造血管支架及其制備方法。

背景技術：

近年來，各種血管疾病已經成為人類健康的第一大殺手。目前治療血管疾病的主要方法為血管移植，自體血管作為血管移植的最佳選擇，由于其來源有限，已經不能滿足對人造血管支架越來越高的數量需求。理想的人造血管支架需要滿足的條件有：首先生物相容性較好、對細胞無毒、對人體無毒不致癌、而且具有較好的機械性能、與天然血管匹配、方便快捷同時廉價等。生物相容性是血管支架使用最基本的先決條件。很多科學家觀察到，自然血管中的細胞是成一定的取向排列，其特定的排列為血管的功能提供了很多作用，比如血管外層中的平滑肌細胞，其在外層結構中始終是對齊的沿著圓周取向排列的，其對于血管在環境溫度響應的條件下的收縮作用，至關重要。近年來一些文獻報道，納米纖維的排列方向對于細胞生長方向、粘附方向都有很重要的引導作用，纖維的對齊度越高其細胞排列的對齊度也越高。比如通過靜電紡絲制備的取向的納米纖維可以引導3T3細胞對齊的排列生長，而無序的納米纖維則會導致細胞的無序生長，并且隨著培養時間的增加，其對齊度在逐漸增加。所以在人造血管這方面，考慮制備能夠引導平滑肌細胞取向生長的工作就尤為重要了。

靜電紡絲是快速的制備微納米纖維的方法，其制備的微納米纖維具有以下的特點：較高的孔隙率和比表面積，模擬了細胞質ECM的環境，有利于細胞的粘附和生長，通過變換紡絲過程的工藝參數和溶液性質，可以得到不同形式(隨機或取向)和孔隙率及孔徑的纖維，滿足支架不同的要求。其主要的原理是利用高壓靜電場的作用來實現紡絲液的噴射，隨著溶劑的揮發，纖維進一步拉伸細化最終獲得目標纖維。在電紡絲過程中，通過調節和控制紡絲參數，如紡絲液的濃度、電壓、針頭、轉速、紡絲距離等，纖維的結構、形貌和組成能得到有效的優化。靜電紡絲法制備的纖維在很多領域都具有廣泛的應用，如生物醫學上的傷口敷料和人造血管支架、環境方面的過濾膜和油水分離、催化應用等。

目前，小口徑血管的制備主要有以下幾種方法：相分離法、溶液澆鑄法、非織造技術，靜電紡絲法和組織工程血管。其中使用靜電紡絲技術得到的血管支架具有以下的特點:1)電紡小口徑人造血管具有較高的孔隙率和比表面積，同時模擬了細胞外基質(ECM)拓撲結構，有利于細胞的粘附與生長；2)既可以選擇天然材料也可以選擇合成材料，或者選擇兩者的混合物，因此能夠提供給支架最好的力學性能和生物性能的結合；3)通過變換紡絲過程的工藝參數和溶液性質，可以得到不同形式(隨機或取向)和孔隙率及孔徑的纖維，滿足支架不同的要求；4)由于較高的比表面積，纖維支架的表面可以接枝高密度的生物活性分子，可以提高支架的生物相容性能。由于電紡技術以上特點，非常適合用來構建小口徑人造血管，目前已成為該研究領域熱點之一。

技術實現要素：

本發明針對現有人工血管支架的不足，以及受自然血管的啟發，提出了一種靜電紡絲制備仿人體血管中平滑肌取向排列的纖維層的血管支架的方法，通過取向排列的纖維引導平滑肌取向排列，本發明成功制備了引導平滑肌細胞取向排列的人造血管支架，有望在臨床使用方面得到應用。

本發明提供一種纖維取向排列的人造血管支架及其制備方法，所述的制備方法簡單，易于操作，所制得的人造血管支架纖維分布均勻，所得的具有引導細胞取向排列的功能的人造血管支架在臨床應用上有很大的前景。本發明所制備的人造血管支架是由納米纖維所構成的，納米纖維直徑為200nm～2μm。所述納米纖維直徑可通過調節電紡溶液的濃度、紡絲電壓、紡絲距離等電紡參數來控制。

本發明所得到的具有引導細胞取向排列的人造血管支架能用于組織工程、臨床醫學等領域。

本發明提供的采用靜電紡絲法制備纖維取向排列的人造血管支架，具體包括以下步驟：

第一步，靜電紡絲溶液的配置：

將聚合物A在室溫條件下溶于溶劑B中，充分攪拌至完全溶解，即得到聚合物A的紡絲溶液；所述紡絲溶液的質量濃度為8～15％。

所述的聚合物A為絲素、聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚氨酯(PU)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、細菌纖維素和殼聚糖(CS)中的一種或兩種。

所述的溶劑B為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、氯仿、二氯甲烷、四氫呋喃、水和丙酮中的一種或兩種，當采用兩種溶劑的混合時，至少一種為丙酮，并且丙酮與另一種溶劑的質量比例為1:4～1:1。

第二步，取向纖維膜的制備：

將第一步中得到的聚合物A的紡絲溶液置于配有直徑0.2～1.0mm針頭的注射泵中，施加10～25kV的電壓，在工作距離為10cm～15cm時進行靜電紡絲，采用帶有不銹鋼管的旋轉電機收集纖維，即在不銹鋼管上制備得到取向纖維膜。所述旋轉電機的轉速為600～2800r/min，優選最佳旋轉電機轉速為2000～2400r/min。

第三步，制備纖維取向排列的人造血管支架。

把帶有取向纖維膜的不銹鋼管放入到去離子水中30min以上，脫管。30～35℃烘干，得到纖維取向排列的人造血管支架。

上述方法制備得到的纖維取向排列的目標人造血管支架中，纖維為繞著不銹鋼管的圓周取向排列，大部分纖維為對齊排列。

所述的纖維取向排列的人造血管支架中的纖維為納米纖維，納米纖維直徑為200nm～2μm。優選的納米纖維直徑為700nm～1000nm。

所述的人造血管支架可以引導細胞沿著人造血管支架的圓周取向生長，并具有良好的細胞相容性。

本發明以生物相容性聚合物材料為前驅體，首先通過靜電紡絲法制備了纖維取向排列的人造血管支架，然后在此基礎上，用電紡技術結合溶液浸泡移除法制備出高強度、高彈性、高孔隙率人造血管支架，構成所述人造血管支架的纖維表面光滑、形貌均勻、纖維直徑分布范圍較窄，并且通過細胞實驗驗證了其可以引導平滑肌細胞取向排列。本發明所得的具有引導細胞取向生長的良好相容性的人造血管可以大規模生產，有望用于實際的臨床診斷中。

本發明提供的制備方法與現有技術中制備人造血管支架的方法相比，優良效果如下：

(1)靜電紡絲方法制備人造血管，與相分離法、溶液澆鑄法、非織造技術相比，設備簡單，操作方便，能夠實現大規模的生產。

(2)與現有的無規則排列的纖維的人造血管相比，其可以引導平滑肌細胞取向排列，取向排列的結構，可以在血管對溫度反應時候提高收縮和擴張。

(3)該方法制備的血管支架中，組成血管支架的納米纖維的孔隙率達到80％以上，有利于細胞營養物質和新陳代謝廢物的擴散。

附圖說明

圖1本發明中實施例制備的纖維取向排列的人造血管支架的SEM圖。

圖2本發明制備得到的人造血管支架上平滑肌細胞的取向生長示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細說明。

實施例1.

第一步，將純的聚乳酸(PLA,(C₆H₈O₄)_n)溶于混合溶劑(混合溶劑中丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的質量比w/w＝1:1)，配制成8wt％的溶液，作為紡絲溶液。

第二步，將所述的紡絲溶液置于配有直徑0.5mm針頭的注射泵中，施加10kV的電壓在工作距離為15cm時進行靜電紡絲，通過帶有不銹鋼管的旋轉電機接收纖維，調整旋轉電機的轉速為2000r/min，得到取向排列的纖維膜。

第三步，把帶有纖維膜的不銹鋼管放入去離子水中浸泡30min進行脫管，然后35℃烘干，得到目標人造血管支架。如圖1所示的人造血管支架，所述人造血管支架由納米纖維構成，納米纖維直徑為700nm～1μm。如圖2中所示，平滑肌細胞在所述的取向排列的纖維膜表面可以取向的生長?？芍∠虻睦w維可以引導平滑肌細胞取向排列，并且細胞可以在其表面快速的生長，表面無細胞毒性，并且血管的孔隙率達到80％。

實施例2.

將純的聚氨酯(PU,C₂₈H₄₄N₂O₁₁)、聚己內酯(PCL,C₆H₁₀O₂)二者的混合物溶于混合溶劑(混合溶劑中丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的質量比w/w＝1:1)，配制成10wt％溶液，作為紡絲溶液；

將該紡絲溶液置于配有直徑0.5～1.0mm針頭的注射泵中，施加15kV的電壓在工作距離為10cm時進行靜電紡絲，通過帶有金屬管的旋轉電機接收納米纖維，調整旋轉電機的轉動速度，即可在所述金屬管外圓周得到取向纖維。所述旋轉電機的轉速為2400r/min。

再把帶有取向纖維的不銹鋼管放入含去離子水中浸泡1小時實現脫管，30℃烘干，得到纖維取向排列的人造血管支架。所述人造血管支架由取向的納米纖維構成，納米纖維直徑為600nm～1μm。平滑肌細胞在所述的人造血管支架上生長的熒光圖可知，取向的人造血管支架可引導平滑肌細胞取向生長。所述人造血管支架上纖維孔隙率為81％。

實施例3.

將純的聚己內酯(PCL,(C₆H₁₀O₂)_n)、聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA，75:25)二者的混合物溶于混合溶劑中，所述的混合溶劑為丙酮和N，N-二甲基甲酰胺質量百分比w/w＝1:4，配制成質量百分比15wt％的紡絲溶液。

將該紡絲溶液置于內徑為1mm的注射器中，并且固定在注射泵上，通過靜電紡絲得到取向的復合纖維膜，電紡絲參數為電壓25kV，接收距離為15cm，電機的旋轉速度600r/min，得到一種取向排列對齊的人造血管纖維膜。

然后放入去離子水中浸泡30min，脫管，然后30℃烘干，得到目標人造血管支架。所述目標人造血管支架的纖維排列為取向結構，并且可以引導平滑肌細胞取向排列，具有良好的生物相容性。纖維孔隙率為85％。