本發明屬于醫療器械中植入器械技術領域，具體地說，是涉及一種小口徑生物人工血管的3D打印制備方法和人工血管。

背景技術：

目前，臨床上應用的人工血管多為滌綸制品和聚四氟乙烯等不可降解的聚合物材料。對于大血管的置換，這些人工血管在一定程度上滿足臨床需求。然而對于直徑小于6mm的小血管的置換，這種材料的人工血管主要通過在內表面涂層抗凝或者抑制血栓形成的藥物，可以在早期實現較好的通暢效果，然而在移植后期藥物逐漸釋放完畢后，很容易形成血栓最終導致血管移植的失敗。

內皮細胞具有抗血栓形成、抑制血小板聚焦和平滑肌的病理增生等作用，被認為是最終解決血栓形成及內膜增生的最有效方法。通過使用表征內皮細胞的特異性抗體促進組織工程血管的快速內皮化的手段，在移植的早期取得了較好的通暢效果，然而在移植后期出現不同程度的內膜增生；究其原因，主要是組織工程血管的微環境不適合細胞的生存和功能的發揮。人工血管的孔隙率和孔徑與組織工程材料內細胞的存活、增殖和分化緊密相關。如何優化局部微環境和實現生物人工血管的重塑是目前研究的難題。

近年來，三維打印技術在制備組織工程用三維支架與細胞打印輸出方面得到了快速發展和應用，為制備具有良好細胞生存微環境的小口徑生物人工血管創造了條件，但是因為血管需要打印輸出多層細胞及細胞附著的支架，而支架材料的打印溫度通常遠高于細胞的存活溫度，這會造成在打印支架的過程中因為高溫而導致細胞死亡的技術問題。

技術實現要素：

本申請提供了一種小口徑生物人工血管的3D打印制備方法和人工血管，解決現有使用3D技術打印小口徑生物人工血管過程中，存在的支架材料的打印溫度高于細胞的存活溫度導致細胞死亡的技術問題。

為解決上述技術問題，本申請采用以下技術方案予以實現：

提出一種小口徑生物人工血管的3D打印制備方法，包括：在旋轉收集器表面打印內皮細胞；將第一支架組裝于打印有內皮細胞的旋轉收集器上；在所述第一支架表面打印平滑肌細胞；在所述打印有平滑肌細胞的第一支架外圍組裝第二支架；在所述第二支架上打印膠原纖維；將所述旋轉收集器置入細胞培養也中浸泡并脫模獲得小口徑生物人工血管；其中，所述第一支架和所述第二支架均采用3D打印方法預先制備。

進一步的，在旋轉收集器表面打印內皮細胞之前，所述方法還包括：在所述旋轉收集器表面噴涂水溶性生物脫模劑；則所述在旋轉收集器表面打印內皮細胞，具體為：在所述噴涂有水溶性生物脫模劑的旋轉收集器表面打印內皮細胞。

進一步的，所述旋轉收集器為中空的金屬或非金屬棒，其直徑為0.2-6mm；且所述旋轉收集器兩端固定于緩沖軸承上。

進一步的，所述第一支架和所述第二支架均采用3D打印方法預先制備，具體為：控制所述旋轉收集器以其自體為軸心順時針或逆時針轉動；控制打印噴頭從所述旋轉收集器的第一端沿第一方向邊移動邊打印，直至所述旋轉收集器的第二端；控制打印噴頭從所述旋轉收集器的第二端沿第二方向邊移動邊打印，直至所述旋轉收集器的第一端；將打印出的網孔結構的第一支架或第二支架從所述旋轉收集器上剝離備用；其中，所述第一方向和所述第二方向相反，且與所述旋轉收集器的軸向平行。

進一步的，所述第一支架和所述第二支架均采用3D打印方法預先制備，包括：根據所述旋轉收集器的轉速、所述旋轉收集器的直徑、所述打印噴頭的打印材料擠出速度、所述第一支架或所述第二支架的孔徑和孔隙率，設定所述打印噴頭的移動速度。

進一步的，所述第一支架和所述第二支架均采用3D打印方法預先制備，包括：打印所述第一支架的外徑比所述旋轉收集器的外徑大0.4mm，且所述第一支架的厚度為0.2mm；打印所述第二支架的外徑比所述第一支架的外徑大0.4mm，且所述第二支架的厚度為0.2mm。

進一步的，將所述旋轉收集器置入細胞培養也中浸泡并脫模獲得小口徑生物人工血管，具體為：將所述旋轉收集器置入生物反應器內，所述生物反應器內盛有細胞培養液；所述旋轉收集器在所述細胞培養液中浸泡30分鐘后脫模獲得小口徑生物人工血管。

提出一種人工血管，采用上述小口徑生物人工血管的3D打印制備方法制備而成。

與現有技術相比，本申請的優點和積極效果是：本申請提出的小口徑生物人工血管的3D打印制備方法和人工血管中，采用第一支架和第二支架預先打印制備，然后再通過打印內皮細胞、逐一組裝兩個支架以及采用3D打印方法種植細胞于支架中的方式制備小口徑生物人工血管的方式，將支架打印和細胞種植的步驟分開執行，在采用3D打印方法種植細胞時，支架已經降溫，在保證細胞分層均勻種植的同時，避免了支架材料打印溫度高于細胞的存活溫度造成的細胞死亡的技術問題。并且，打印過程中采用的旋轉收集器采用中空結構，并將其兩端安裝在緩沖軸承上，減緩了打印過程中旋轉收集器轉動產生的抖動情況，提高了打印質量。

結合附圖閱讀本申請實施方式的詳細描述后，本申請的其他特點和優點將變得更加清楚。

附圖說明

圖1 為本申請提出的小口徑生物人工血管的3D打印制備方法流程圖。

圖2為本申請提出的小口徑生物人工血管的剖視圖；

圖3為本申請提出的采用旋轉收集器打印小口徑生物人工血管的示意圖；

圖4為本申請中打印第一支架或第二支架的打印過程示意圖；

圖5為本申請中打印第一支架或第二支架的打印過程示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本申請的具體實施方式作進一步詳細地說明。

本申請提出的小口徑生物人工血管的3D打印制備方法，如圖1所示，包括如下步驟：

步驟S11：在旋轉收集器表面噴涂水溶性生物脫模劑。

如圖2所示，打印人工血管之前，在旋轉收集器31的表面噴涂水溶性生物脫模劑21，能夠解決打印出的人工血管不易脫模的問題。水溶性生物脫模劑例如水溶性殼聚糖、水溶性乳酸等，不影響生物相容性。

如圖3所示，旋轉收集器31為打印人工血管的主體承載物，為中空的金屬或非金屬棒，直徑范圍0.2-6mm，其兩端固定于緩沖軸承32上，這種中空結構加緩沖軸承的設計方式，能夠緩解旋轉收集器在后續制備人工血管的旋轉過程中產生的抖動，保證人工血管制備的質量。

步驟S12：在旋轉收集器表面打印內皮細胞。

如圖3所示，采用壓電噴頭33在噴涂有水溶性生物脫模劑的旋轉收集器表面采用3D打印方法來回反復打印內皮細胞22，直到內皮細胞厚度為0.2mm。

步驟S13：將第一支架組裝于打印有內皮細胞的旋轉收集器上。

第一支架23為預先制備的，其制備過程如圖4和圖5所示，首先控制旋轉收集器31以其自體為軸心順時針或逆時針轉動；以從b端看為順時針轉動為例，控制打印噴頭34，例如電動微注射噴頭，從旋轉收集器31的第一端a沿第一方向S1邊移動邊打印，直至旋轉收集器的第二端b；接著，保持旋轉收集器順時針轉動，再控制打印噴頭34從旋轉收集器的第二端b沿第二方向S 2邊移動邊打印，直至旋轉收集器的第一端a；由此，打印出的是如圖所示的網狀結構， 最后將打印出的網孔結構的第一支架從旋轉收集器上剝離備用。這其中，第一方向S1和第二方向S2與旋轉收集器的軸向平行，且相互反向。孔徑和孔隙率為根據實際應用設定的值；而打印噴頭34的移動速度是根據旋轉收集器的轉速、旋轉收集器的直徑、打印噴頭的打印材料擠出速度、第一支架的孔徑和孔隙率設定的。

打印材料例如殼聚糖、膠原蛋白、透明質酸、聚乳酸、聚L-乳酸、聚羥基乙酸中的一種，控制第一支架的打印溫度比打印材料的熔點高出5℃-10℃，打印噴頭的打印材料擠出速度為1-5ml/分鐘，旋轉收集器的轉速為10-50轉/分鐘，打印出的第一支架的外徑比旋轉收集器的外徑大0.4mm，且第一支架的厚度為0.2mm。

由于打印材料的打印溫度遠高于細胞的存活溫度，因此本申請中，第一支架采用預先制備的方式，也即在步驟S11之前制備完成，預備好的第一支架待降溫后再組裝在打印有內皮細胞的旋轉收集器上，相比于在打印有內皮細胞的旋轉收集器上直接打印第一支架，能夠避免打印第一支架過程中的高溫導致內皮細胞死亡的問題。

步驟S14：在第一支架表面打印平滑肌細胞。

如圖2所示，在第一支架表面打印平滑肌細胞24（干細胞）的厚度為0.2mm，填充第一支架的網狀結構。

步驟S15：在打印有平滑肌細胞的第一支架外圍組裝第二支架。

第二支架25于第一支架23同為預先制備的，其制備過程于第一支架相同，此處不予贅述。將打印出的網孔結構的第二支架外徑比第一支架的外徑大0.4mm，且厚度為0.2mm， 從旋轉收集器上剝離備用。

由于打印材料的打印溫度遠高于細胞的存活溫度，因此第二支架采用預先制備的方式，也即在步驟S11之前制備完成，預備好的第二支架待降溫后再組裝在打印有平滑肌細胞的第一支架外圍，相比于在打印有平滑肌細胞的第一支架上直接打印第二支架，能夠避免打印第二支架過程中的高溫導致平滑肌細胞死亡的問題。

步驟S16：在第二支架上打印膠原纖維。

采用電動微注射噴頭在第二支架25上打印膠原纖維26厚度為0.1mm-0.2mm，填充第二支架的網狀結構。

步驟S17：將旋轉收集器置入細胞培養也中浸泡并脫模獲得小口徑生物人工血管。

將旋轉收集器置入生物反應器內，生物反應器內盛有細胞培養液；旋轉收集器在細胞培養液中浸泡30分鐘后脫模獲得小口徑生物人工血管。

基于上述提出的小口徑生物人工血管的3D打印制備方法，本申請還提出一種人工血管，采用上述小口徑生物人工血管的3D打印制備方法制備而成。

上述本申請提出的小口徑生物人工血管的3D打印制備方法和人工血管中，采用第一支架和第二支架預先打印制備，然后再通過打印內皮細胞、逐一組裝兩個支架以及采用3D打印方法種植細胞于支架中的方式制備小口徑生物人工血管的方式，將支架打印和細胞種植的步驟分開執行，在采用3D打印方法種植細胞（內皮細胞、平滑肌細胞）時，第一支架或第二支架已經降溫，在保證細胞分層均勻種植的同時，避免了支架材料打印溫度高于細胞的存活溫度造成的細胞死亡的技術問題。

并且，打印過程中采用的旋轉收集器采用中空結構，并將其兩端安裝在緩沖軸承上，減緩了打印過程中旋轉收集器轉動產生的抖動情況，提高了打印質量。

打印人工血管前在旋轉收集器表面噴涂水溶性生物脫模劑，在不影響生物相容性前提下，解決在旋轉收集器上打印人工血管不易脫模的問題。

應該指出的是，上述說明并非是對本發明的限制，本發明也并不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬于本發明的保護范圍。