一种基于熔体近场直写与熔体静电纺丝的双层人造血管的制备方法

本发明属于人造血管复合纤维膜的制备领域，具体涉及了一种基于熔体近场直写与熔体静电纺丝的双层人造血管的制备方法。

背景技术：

1、心血管疾病一直是人类健康的一大威胁。当心血管由于动脉硬化、血管老化或者破损不能正常工作时，需要用人造血管进行替代，但小直径人造血管(<6mm)在临床中的应用效果不佳。这是由于在小直径下，人造血管顺应性不匹配导致血管结构、功能不稳定或内膜增生，进而导致血管通畅率低。理想的人造血管需要具备良好生物相容性，且模拟天然血管结构、保持有效输送血液，进而维持血管高通畅率。静电纺丝技术所制备的纳米纤维管状膜，可促进内皮细胞增殖并且形成内皮层。因此该技术成为制备人造血管的热门方法之一。其中静电纺丝分为溶液静电纺丝和熔体静电纺丝，熔体静电纺丝技术所制备的纤维膜无溶剂残留，细胞毒性小。

2、遗憾的是，熔体静电纺丝技术制备的纳米纤维膜人造血管结构不可控，一定程度上制约其力学性能，导致仍无法有效解决人造血管通畅率低的问题，使其无法满足临床应用需求。熔体近场直写技术结合了熔融热沉积和静电纺丝的技术优点，能够在微米尺度下精准构筑纤维膜结构。通过对纤维膜进行结构设计，为人造血管提供稳定力学支撑的同时，可引导平滑肌细胞增殖、迁移,实现对其力学性调控，改善顺应性，进而提高人造血管通畅率。结合熔体静电纺丝和熔体近场直写技术的优点共同制备双层复合纤维膜，以熔体静电纺丝制备的纤维膜为基底内层，利用熔体近场直写技术制备增强纤维膜作为外层，并对外膜进行结构设计，实现对人造血管力学性能调控，进而制备出顺应性匹配且通畅率高的双层人造血管。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于熔体近场直写与熔体静电纺丝的双层人造血管的制备方法，分别采用熔体静电纺丝技术制备周向致密纤维膜作为内层，促进内皮细胞增殖并且形成内皮层；采用熔体近场直写技术制备纤维有序排列、结构可调的纤维膜作为外层，为人造血管提供稳定力学支撑的同时，可引导平滑肌细胞增殖、迁移。双层复合共同为人造血管提供良好的力学性能，改善顺应性，提高人造血管通畅率。

2、为了解决现有技术中的缺陷，采用如下技术方案：

3、一种基于熔体近场直写与熔体静电纺丝的双层人造血管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

4、步骤一：采用熔体静电纺丝技术，以生物可降解聚合物材料制备纳米纤维膜，作为双层血管内层，促进内皮细胞增殖并且形成内皮层；

5、步骤二：选用生物可降解聚合物材料，采用熔体近场直写制备结构可调的管状纤维膜外层。为人造血管提供稳定力学支撑的同时，可引导平滑肌细胞增殖、迁移。对纤维支架进行结构设计，首先探究确保射流的精准沉积，这是实现管状支架结构精准打印的前提。纤维的沉积形态取决于射流速度和接收速度之间的关系。当接收速度小于射流速度时，纤维呈卷曲状，当接收速度大于或等于射流速度时，纤维呈直线。因此为实现射流精准沉积，需要接收速度略大于或等于射流速度。其次厘清所构筑支架结构与打印路径的数学映射关系，进而实现对结构的可控设计，提高整体血管的支撑性和通畅率。

6、优选后，所述步骤一：将生物可降解聚合物母粒装入纺丝注射器a内，通过加热纺丝注射器a使聚合物母粒熔融，使用熔体静电纺丝技术制备纤维膜内层；所述的生物可降解聚合物母粒为聚己内酯、聚乳酸、聚乳酸乙醇酸等中的一种。

7、优选后，所述步骤一，若所选用的生物可降解聚合物为聚己内酯，熔体静电纺丝的加工参数为：加热温度78℃，电压9.5kv，气压0.2mpa，接收距离6.5mm，接收管半径为1.5mm，不锈钢针头30g，其内径0.16mm、其外径0.31mm；若所选用的生物可降解聚合物为聚乳酸，熔体静电纺丝的加工参数为：加热温度185℃，纺丝电压为7.5kv，气压为0.12mpa，接收距离为7.5mm，接收管半径为1.5mm，不锈钢针头30g，其内径0.16mm、其外径0.31mm；若所选用的生物可降解聚合物为聚乳酸乙醇酸，熔体静电纺丝的加工参数为：加热温度165℃，纺丝电压为7.5kv，气压为0.12mpa，接收距离为7mm，接收管半径为1.5mm，不锈钢针头30g，其内径0.16mm、其外径0.31mm。

8、优选后，所述步骤一，熔体静电纺丝的射流沉积形态由接收管的平移速度和旋转速度决定，接收管平移速度为2mm/min，旋转速度为110rpm。

9、优选后，所述步骤二，厘清所构筑的管状纤维膜外层结构与打印路径的数学映射关系，需涵盖一些参数设定，设定的参数包括接收管平移速度f1和旋转速度f2、接收管半径r、管状纤维膜支架长度lx、r轴单程运行长度ly、缠绕角α、循环数rm。

10、优选后，所述步骤二，探索参数之间的关联：循环数rm是由枢轴点个数n决定的，r轴单程运行长度ly是循环数rm与接收管周长的乘积，缠绕角α是0°～90°的支架长度lx和r轴单程运行长度ly的比值，在已知缠绕角α和r轴单程运行长度ly的情况下，可以求出支架长度lx。

11、优选后，所述步骤二，将生物可降解聚合物母粒放入纺丝注射器b内，通过给纺丝注射器加热使聚合物母粒熔融，将步骤一所制备的纤维膜内层作为接收基底，使用熔体近场直写制备管状纤维膜外层。

12、优选后，所述步骤二，生物可降解聚合物母粒为聚己内酯、聚乳酸、聚乳酸乙醇酸等中的一种；需强调的是注射器b内的生物可降解高聚物可与注射器a中相同，也可以不同；即所制备血管双层人造血管内外层材料可为相同生物可降解高聚物，也可是不同的生物可降解高聚物。

13、优选后，所述步骤二，若所选用的生物可降解聚合物为聚己内酯，熔体近场直写的加工参数为：加热温度78℃，电压4.5kv，气压0.2mpa，接收距离2.5mm，接收管半径为1.5mm,不锈钢针头25g，其内径0.26mm、其外径0.51mm；若所选用的生物可降解聚合物为聚乳酸，熔体近场直写的加工参数为：加热温度185℃，电压4kv，气压0.12mpa，接收距离1.5mm，接收管半径为1.5mm,不锈钢针头25g，其内径0.26mm、其外径0.51mm；若所选用的生物可降解聚合物为聚乳酸乙醇酸，熔体静电纺丝的加工参数为：加热温度165℃，纺丝电压为7.5kv，气压为0.12mpa，接收距离为7mm，接收管半径为1.5mm，不锈钢针头25g，其内径0.26mm、其外径0.51mm。

14、优选后，所述步骤二，纺丝纤维的参数为：接收管平移速度为120mm/min，旋转速度为22rpm，枢轴点个数n为8，循环数rm为6.125，纤维膜长度支架长度lx为32mm，所得管状纤维膜缠绕角α为60°。

15、由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

16、(1)本发明双层膜均通过熔体纺丝技术制备，纺丝过程中无溶剂参与，解决了溶剂残留导致的细胞毒性；且双层膜采用熔体近场直写双针头设备进行制备，实现制备过程一体化和连续化；

17、(2)本发明内层采用熔体静电纺丝技术，以生物可降解聚合物材料制备纳米纤维膜，作为双层血管内层，可促进内皮细胞增殖并且形成内皮层；

18、(3)本发明外层采用熔体近场直写技术制备，为人造血管提供稳定力学支撑的同时，可引导平滑肌细胞增殖、迁移,厘清所构筑支架结构与打印路径的数学映射关系，制备出不同结构的纤维膜，进而实现对其力学性能的调控，提高人造血管通畅率。