一种仿生三层人工血管及其制备方法与流程

1.本发明属于医疗器械外科植入物技术领域，尤其涉及一种仿生三层人工血管及其制备方法。


背景技术：

2.目前，随着人民生活水平的提高，各类血管疾病发病率愈发频繁，血管移植是治疗血管疾病的最有效方法。本体移植是最安全的方式，但来源有限，临床上需要大量的人工血管来代替受损血管。
3.人体自身血管分为三层：最内层是内皮细胞组成的薄膜结构，中间层为取向的平滑肌组织，最外层为结缔组织。平滑肌细胞是血管的支撑层，能血液流动过程中的动能和势能快速转化，保证血流的通畅。
4.已经商业化的人工血管采用的材质主要是涤纶或膨体聚四氟乙烯。结构为多孔隙的纤维壁构成，多孔隙结构利于内皮细胞攀附生长，使受体组织包裹愈合人工血管。但它存在的问题是纤维间与纤维层间易存在较大孔隙导致人工血管移入后出现渗血现象，诱发炎症导致手术失败，但过于致密化的内层又会致使细胞不能有效爬附和生长而出现排斥反应。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术中存在的问题，本发明模拟人体血管三层结构，提供了一种三层仿生人工血管及其制备方法，本发明提供的人工血管具有良好的生物相容性和高防渗性，可提高手术的成功率。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种仿生三层人工血管，所述人工血管为三层复合结构，由内到外依次包括聚氨酯管状薄膜、人工血管增强体、外壁涂层。优选的，所述人工血管增强体为管状织物。
8.优选的，所述聚氨酯管状薄膜的厚度为0.1-0.16mm，所述人工血管增强体的厚度为0.262
±
0.312mm，所述外壁涂层的厚度为0.06-0.1mm。
9.优选的，所述外壁涂层包括三层涂层，最内层为明胶涂层，中间层为丝素蛋白涂层，最外层为明胶涂层。
10.本发明所述的仿生三层人工血管，内层选用聚氨酯作为血管制备原材料，聚氨酯材料生物相容性好，弹性优异，能保证血液流动顺畅，减少血栓的生成且具有良好的耐候性，使用寿命长；中间层选用管状织物，是仿血管中间层平滑肌组织，起到增加血管假体支撑、增加强度的作用；外壁涂层模仿血管外壁结缔组织，利于组织细胞侵入和生长。
11.本发明还公开了一种三层仿生人工血管的制备方法，包括以下步骤：
12.a.聚氨酯管状薄膜成型
13.将聚氨酯和n,n-二甲基甲酰胺或n-n-二甲基乙酰胺按照1:9～3:7的质量比于50℃～80℃温度下高速搅拌4～8h，待完全溶解后得到均一透明液体，将搅拌好的聚氨酯溶液
倒入高度20cm～40cm量筒放入真空箱在真空度-0.1mpa～-0.06mpa环境下脱泡2h～4h，得到聚氨酯溶液。
14.成膜是将5mm-30mm直径的光滑模具缓慢插入盛有聚氨酯溶液的量筒中，拿出竖直插入水中形成pu膜，背光自然晾12h～24h，至薄膜内外干燥；为提高膜的稳定性，在150℃～170℃温度下热定型30min～60min。
15.b.聚氨酯管状薄膜嵌入人工血管增强体内壁
16.将制备好附着在模具上的聚氨酯管状薄膜套入相应尺寸的人工血管增强体内壁，通过高压蒸汽进行加压加热处理30min～60min，使聚氨酯管状薄膜和人工血管增强体复合在一起。
17.为增加人工血管增强体内壁与聚氨酯管状薄膜的贴服性，可先将人工血管增强体部分进行碱处理或者等离子处理，增加材料表面活性基团，使之更好的与聚氨酯管状薄膜复合。
18.碱处理工艺如下：将下机清洗干净的管状织物于70℃～90℃环境下置于naoh浓度1g/l～10g/l、促进剂浓度0.5g/l～1g/l溶液中按照浴比1:20～1:50处理30min-60min，拿出用去离子水清洗至中性烘干备用。
19.脱模是将带有聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合的模具浸泡在20％-50％乙醇溶液中20min～60min，将脱下的聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合材料用去离子水清洗晾干。
20.c.外壁涂层
21.人工血管外壁涂层是将含有增韧剂的明胶溶液和含有增塑剂的丝素蛋白溶液交替涂覆在人工血管增强体外壁，经干燥和交联而成的人工血管。
22.其中，增塑剂选用甘油、阿拉伯胶、环氧化油或者聚乙二醇、山梨醇中的一种或多种。明胶浓度优选0.5％～15％，丝素蛋白的浓度优选1％～20％，增塑剂浓度优选0.5％～20％，浓度皆选用重量百分比。
23.涂层分多次交替涂层，最内层选用明胶混合液涂层，中间层为丝素蛋白混合液涂层，最外层再用明胶混合液涂层，每层涂层重复涂层3～12次。
24.涂层方式采用压电喷涂、气压喷涂、刷涂或真空吸附中的一种或多种。
25.涂层交联采用物理交联或化学交联。物理交联可采用热交联或紫外交联，化学交联中的交联剂采用甲醛、戊二醛、京尼平中的一种或多种，浓度优选0.05％～1％。
26.有益效果
27.本发明公开了一种仿生三层人工血管，至少具有以下几点有益效果：
28.(1)本发明所述的人工血管，内层选用聚氨酯作为血管制备原材料，聚氨酯材料生物相容性好，弹性优异，能保证血液流动顺畅，减少血栓的生成且具有良好的耐候性，使用寿命长。选用n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺作为溶解聚氨酯颗粒的溶剂，其在聚氨酯成膜后通过蒸馏水浸泡即可去除全部溶剂，生物安全性好。
29.(2)本发明所述的人工血管，中间层选用管状织物，是仿血管中间层平滑肌组织，起到增加血管假体支撑、增加强度的作用。
30.(3)本发明所述的人工血管中间层增强体部分采用碱处理工艺，聚酯材料纤维为惰性材料，表面缺乏与聚氨酯结合的活性基团，不进行改性处理不利于增强体内壁与聚氨
酯管状薄膜的复合，在后期使用过程中可能出现聚氨酯脱离增强体内壁的情况，可能引发术后炎症。碱处理工艺可增加聚酯纤维边表面活性基团，便于聚氨酯活性基团与聚酯表面活性基团反应形成紧密复合层。
31.(4)本发明所述的人工血管，外壁涂层模仿血管外壁结缔组织，利于组织细胞侵入和生长。此外，人工血管外壁涂层采用明胶溶液和丝素蛋白溶液交替涂层，明胶涂层在体内降解速度快，在人体7天可降解90％以上，使用明胶/丝素蛋白溶液交替涂层可以延缓涂层降解，为受体组织完全包裹血管假体提供充分的时间，降低术后渗液渗出，降低术后感染几率。
32.(5)本发明提供的人工血管具有良好的生物相容性和高防渗性，可提高手术的成功率。
附图说明
33.图1：细胞增殖实验结果图；
34.图2：全血凝固时间实验结果图。
具体实施方式
35.以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
36.以下实施例仅是作为本发明的实施方案的例子列举，并不对本发明构成任何限制，本领域技术人员可以理解在不偏离本发明的实质和构思的范围内的修改均落入本发明的保护范围。除非特别说明，以下实施例中使用的试剂和仪器均为市售可得产品。
37.实施例1
38.一种仿生三层人工血管的制备方法，包括以下步骤：
39.(1)聚氨酯管状薄膜成型
40.将10g聚氨酯颗粒置于90gn,n-二甲基甲酰胺中，以500r/min的速度于70℃水浴锅中搅拌4h～8h，待其完全溶解后得到均一透明聚氨酯溶液，将搅拌好的聚氨酯溶液倒入高20cm的量筒后置于真空度为-0.1mpa～-0.06mpa环境下脱泡2h～4h，得到均匀的聚氨酯溶液。
41.将直径9.1mm的光滑模具缓慢插入聚氨酯溶液中静置3min后缓慢竖直拿出插入蒸馏水，聚氨酯溶液中的溶剂n,n-二甲基甲酰胺从聚氨酯中析出，聚氨酯在玻璃棒上固化成膜，背光自然晾12h～24h，至薄膜内外干燥。为提高膜的稳定性，在150℃～170℃温度下热定型30min～60min。
42.(2)聚氨酯管状薄膜嵌入人工血管增强体内壁
43.人工血管增强体部分碱处理工艺如下：将下机清洗干净的管状织物于70℃环境下置于naoh浓度5g/l、促进剂浓度0.5g/l溶液中按照浴比1:20处理60min，拿出用去离子水清
洗干净烘干备用。
44.将制备好附着在模具上的聚氨酯管状薄膜套入经碱处理扩幅后直径10mm的机织人工血管增强体内部，通过高压蒸汽加压加热的方式处理30min，使聚氨酯管状薄膜与人工血管增强体复合在一起。
45.脱模是将带有聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合的模具浸泡在20％-50％乙醇溶液中20min～60min，将脱下的聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合材料用去离子水清洗晾干。
46.(3)涂层
47.配置明胶溶液，浓度选用2mg/ml，增韧剂选用聚乙二醇，浓度为2mg/ml。配置丝素蛋白溶液，浓度选用2mg/ml，增韧剂选用甘油，浓度为1mg/ml。
48.采用喷涂的方式将明胶溶液和丝素蛋白溶液分多次涂覆于人工血管外壁。
49.外壁涂层分三层，内层用明胶溶液，中间层丝素蛋白溶液，最外层明胶溶液涂层。每层涂层涂覆3次，每次涂覆后置于30℃烘箱中烘干再进行下一次涂层。配置戊二醛水溶液，浓度为0.5％。
50.将制备好烘干的三层仿生人工血管浸入配置好的戊二醛水溶液于室温下浸泡30min,放置于30℃烘箱中烘干。
51.所述聚氨酯管状薄膜的厚度为0.1-0.16mm，所述人工血管增强体的厚度为0.262
±
0.312mm，所述外壁涂层的厚度为0.06-0.1mm。
52.人工血管增强体部分渗水量为67.8ml/min
·
cm2,本实施例制备好的三层仿生人工血管渗水性3ml/min
·
cm2。
53.本实施例制备好的三层仿生人工血管细胞增殖实验结果如图1所示，图1中，a:对照组；b:聚氨酯管状薄膜+人工血管增强体；c:外壁涂层+人工血管增强体；d：仿生三层人工血管。吸光度值越大，细胞增殖效果越好。三组实验都是促进细胞增殖，但本实施例制备的仿生三层人工血管样品促进效果更佳。
54.对本实施例制备好的三层仿生人工血管进行全血凝固时间实验，测试全血加入氯化钙后10min、30min和60min后上清液的吸光度。吸光度越大，说明上清液中的血红吸光度越大，说明上清液中的血红蛋白含量越多，这意味着自由状态的血细胞越多，产生凝血的血细胞越少，凝血速度越慢。故待测试样上清液的吸光度值越大，则凝血指数越大，材料的抗凝性能越好。全血凝固时间实验结果如图2所示。
55.图2中，a:聚氨酯管状薄膜+人工血管增强体；b:外壁涂层+人工血管增强体；c：仿生三层人工血管；d:对照组。
56.综合比较：三种材料都有抗凝血作用，但从30min、60min实验结果看：本实施例制备的仿生三层人工血管抗凝血效更好。
57.溶血实验结果数据如下表1所示。
58.表1.溶血实验结果
59.实验次数阳性对照组阴性对照组abc11.0270.0260.0260.0660.04321.0140.0410.0560.0400.04031.0670.0210.0690.0400.043
均值1.0660.0290.0500.0490.042溶血率(％)
ꢀꢀ
2.0261.8651.222
60.注：溶血率结果＜5％可以上临床。表1中，a:聚氨酯管状薄膜+人工血管增强体；b:外壁涂层+人工血管增强体；c：仿生三层人工血管。
61.实施例2
62.一种仿生三层人工血管的制备方法，包括以下步骤：
63.a.聚氨酯管状薄膜成膜
64.将15g聚氨酯颗粒置于85gn,n-二甲基乙酰胺中，以500r/min的速度于70℃水浴锅中搅拌4h～8h，待其完全溶解后得到均一透明聚氨酯溶液，将搅拌好的聚氨酯溶液倒入高20cm的量筒后置于真空度为-0.1mpa～-0.06mpa环境下脱泡2h～4h，得到均匀的聚氨酯溶液。
65.将直径9.1mm的光滑模具缓慢插入聚氨酯溶液中静置3min后缓慢竖直拿出插入蒸馏水，聚氨酯溶液中的溶剂n,n-二甲基甲酰胺从聚氨酯中析出，聚氨酯在玻璃棒上固化成膜，背光自然晾12h～24h，至薄膜内外干燥。为提高膜的稳定性，在150℃～170℃温度下热定型30min～60min。
66.b.聚氨酯管状薄膜嵌入人工血管增强体内壁
67.人工血管增强体部分碱处理工艺如下：将下机清洗干净的管状织物于70℃环境下置于naoh浓度5g/l、促进剂浓度0.5g/l溶液中按照浴比1:30处理60min，拿出用去离子水清洗至中性烘干备用。
68.将制备好附着在模具上的聚氨酯管状薄膜套入经碱处理扩幅后直径10mm的机织人工血管增强体内部，通过高压蒸汽加压加热的方式处理50min，使聚氨酯管状薄膜与人工血管增强体复合在一起。
69.脱模是将带有聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合的模具浸泡在20％-50％乙醇溶液中20min～60min，将脱下的聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合材料用去离子水清洗晾干。
70.c.涂层
71.配置明胶溶液，浓度选用2mg/ml，增韧剂选用聚乙二醇，浓度为2mg/ml。配置丝素蛋白溶液，浓度选用2mg/ml，增韧剂选用甘油，浓度为1mg/ml。
72.采用喷涂的方式将明胶溶液和丝素蛋白溶液分多次涂覆于人工血管外壁。外壁涂层分三层，内层用明胶溶液，中间层丝素蛋白溶液，最外层明胶溶液涂层。每层涂层涂覆3次，每次涂覆后置于40℃烘箱中烘干再进行下一次涂层。
73.配置甲醛水溶液，浓度为1％。将制备好烘干的三层仿生人工血管浸入配置好的甲醛水溶液于室温下浸泡30min,放置于25℃烘箱中烘干。
74.人工血管增强体部分渗水量为67.8ml/min
·
cm2,制备好的三层仿生人工血管渗水性1.5ml/min
·
cm2。
75.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种仿生三层人工血管，其特征在于，所述人工血管为三层复合结构，由内到外依次包括聚氨酯管状薄膜、人工血管增强体、外壁涂层。2.根据权利要求1所述的仿生三层人工血管，其特征在于，所述人工血管增强体为管状织物。3.根据权利要求1所述的仿生三层人工血管，其特征在于，所述外壁涂层包括三层涂层，最内层为明胶溶液涂层，中间层为丝素蛋白溶液涂层，最外层为明胶溶液涂层。4.根据权利要求1所述的仿生三层人工血管，其特征在于，所述聚氨酯管状薄膜的厚度为0.1-0.16mm，所述人工血管增强体的厚度为0.262
±
0.312mm，所述外壁涂层的厚度为0.06-0.1mm。5.一种仿生三层人工血管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)聚氨酯管状薄膜成型：将聚氨酯和溶剂混合，搅拌溶解，脱泡，得到聚氨酯溶液，将模具缓慢插入聚氨酯溶液中，拿出后插入水中形成pu膜，晾干，热定型，即得到聚氨酯管状薄膜；(2)聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合材料的制备：先将人工血管增强体进行表面活性处理，然后将步骤(1)中制备好附着在模具上的聚氨酯管状薄膜套入人工血管增强体内壁，加压加热处理，使聚氨酯管状薄膜和人工血管增强体复合在一起，脱模，即得到聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合材料；(3)外壁涂层：在人工血管增强体外壁交替涂覆丝素蛋白、明胶溶液，干燥、交联，即得到所述仿生三层人工血管。6.根据权利要求5所述的仿生三层人工血管的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺或n-n-二甲基乙酰胺，聚氨酯和溶剂的质量比为1:9～3:7，50℃～80℃温度下高速搅拌4～8h，脱泡条件为：真空度-0.1mpa～-0.06mpa的真空箱内脱泡2h～4h；所述模具的直径为5mm-30mm，晾干的条件为：背光自然晾12h～24h，至薄膜内外干燥；热定型的条件为：150℃～170℃温度下热定型30min～60min。7.根据权利要求5所述的仿生三层人工血管的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述人工血管增强体进行表面活性处理的方法包括碱处理或者等离子处理；所述脱模的具体工艺为：将带有聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合的模具浸泡在20％-50％乙醇溶液中20min～60min，将脱下的聚氨酯管状薄膜/人工血管增强体复合材料用去离子水清洗晾干。8.根据权利要求7所述的仿生三层人工血管的制备方法，其特征在于，所述碱处理工艺如下：将下机清洗干净的管状织物于70℃～90℃环境下置于naoh浓度1g/l～10g/l、促进剂浓度0.5g/l～1g/l溶液中按照浴比1:20～1:50处理30min-60min，拿出用去离子水清洗至中性烘干备用。9.根据权利要求5所述的仿生三层人工血管的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述明胶溶液为含有增韧剂的明胶溶液，所述明胶溶液中明胶的重量百分比为0.5％～15％；所述丝素蛋白溶液为含有增塑剂的丝素蛋白溶液，所述丝素蛋白溶液中，丝素蛋白的重量百分比为1％～20％，所述增塑剂的重量百分比为0.5％～20％；所述增塑剂为甘油、阿拉伯胶、环氧化油或者聚乙二醇、山梨醇中的一种或多种。10.根据权利要求9所述的仿生三层人工血管的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，涂层分多次交替涂层，最内层为明胶溶液涂层，中间层为丝素蛋白溶液涂层，最外层再用明胶
溶液涂层，每层涂层重复涂层3～12次；涂层方式采用压电喷涂、气压喷涂、刷涂或真空吸附中的一种或多种；涂层交联采用物理交联或化学交联，物理交联采用热交联或紫外交联，化学交联中的交联剂采用甲醛、戊二醛、京尼平中的一种或多种，交联剂的重量百分比为0.05％～1％。

技术总结
本发明属于医疗器械外科植入物技术领域，尤其涉及一种仿生三层人工血管及其制备方法。本发明所述人工血管为三层复合结构，由内到外依次包括聚氨酯管状薄膜、人工血管增强体、外壁涂层，内层选用聚氨酯作为血管制备原材料，聚氨酯材料生物相容性好，弹性优异，能保证血液流动顺畅，减少血栓的生成且具有良好的耐候性，使用寿命长；中间层选用管状织物，是仿血管中间层平滑肌组织，起到增加血管假体支撑、增加强度的作用；外壁涂层模仿血管外壁结缔组织，利于组织细胞侵入和生长。本发明提供的人工血管具有良好的生物相容性和高防渗性，可提高手术的成功率。高手术的成功率。


技术研发人员：孙涵 房宽峻 刘玉杰 杨毅 朱蕾 李屹杭 刘迪 王侠 张靖宇
受保护的技术使用者：山东黄河三角洲纺织科技研究院有限公司
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/3/7