專利名稱：一種熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法及成形系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熔融直寫電紡絲制備血管支架的成形方法及成形系統，屬于組織工程學與血管組織修復領域。
背景技術：
由于缺血性疾病、動脈粥樣硬化等疾病和創(chuàng)傷、運動損傷、炎癥和組織退變等原因造成的血管缺損是當前危害人類健康最主要的威脅之一。目前血管的替代可以是同源的動脈或者靜脈，但是易危害到其他健康組織。正常的血液循環(huán)系統對于功能性組織與器官發(fā)揮正常功能是非常重要的；損傷或是循環(huán)中斷的血管組織會導致無法再生的缺血性組織的產生。因此，如何實現血管缺損的修復和功能重建成為目前醫(yī)學研究的重點之一。組織工程技術的出現與快速發(fā)展，為血管組織缺損修復提供了新的思路和方法。血管組織工程旨在構建有功能的血管結構以修復損傷的血管或是灌注功能性營養(yǎng)網絡，而這些過程可以通過控制或調節(jié)新生血管的信號網絡支路。在組織工程化的組織構建過程中，得到的組織能否得到充分的營養(yǎng)供應，是成功構建完整的工程化組織的關鍵
理想的組織工程血管支架應當具備以下特點:(I)在支架材料組成方面，應當具有良好的生物相容性與細胞親和性以利于細胞黏附、增殖和分化。同時，支架應當具備良好的彈性以便于成形和支撐；(2)在支架物理結構方面，血管支架應該具有微米級的纖維直徑大小和孔隙結構；(3)在組織培養(yǎng)方面，支架應當具有良好地降解可控性，細胞在支架內部應當可以實現空間定位和立體分布的可控操作，以滿足具有不同功能、結構要求的復雜組織和器官的修復或再生。目前，常用的組織工程血管支架制備工藝組要分為傳統制備工藝和增量制造工藝和靜電紡絲工藝三大類。利用繞線、纖維粘接等傳統工藝制備的血管支架主要依靠手工和模具成形，支架內部的孔隙貫通度不佳，支架孔隙率與孔徑分布不可控，支架結構與性能的制備重復性較差，難以滿足血管組織修復的要求；選擇性激光燒結、低溫沉積成形、立體光刻和三維打印等快速成形制備工藝能夠彌補傳統工藝的不足，制備出結構復雜、孔隙率與孔徑大小可控且重復性好的一體化支架，但是，由于各種快速成形工藝對加工條件與所適用的材料種類都有嚴格的要求；無法用于成形生物性能優(yōu)異的天然生物材料；難以獲得精度要求較高且纖維直徑較細、孔徑較小的組織工程支架。傳統的溶液靜電紡絲，由于紡絲過程中有機溶劑的揮發(fā)，形成 的紡絲都是納米級別的，難于實現可控的微米級孔徑，難于實現紡絲的按需沉積。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現有組織工程血管支架在制備方面的不足，提供一種熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法和成形系統，基于離散-堆積的增量制造成形原理，在計算機輔助設計與自動控制下，通過噴頭及高壓直流電場紡出具有特定路徑形狀和孔隙的血管支架。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下:
一種熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法，其特征在于:的操作步驟如下:
1)將人工合成高分子材料加熱熔融；
2)將加熱熔融后的材料置于料筒中，消除料筒中的氣泡，根據事先設計好的支架結構與成形路徑，在60°C ±5°C環(huán)境溫度中通過計算機系統的控制，在高壓電場的作用下，在空間的指定位置直寫電紡出具有特定路徑和三維貫通孔的血管支架。所述的合成高分子材料為PCL或PLGA或PLLA或TODO類具有熱熔性質的高分子材料；所述具有三維貫通孔血管支架纖維直徑在80-300 u m,三維貫通孔直徑為100-200 u m ；所述熔融直寫靜電紡絲的接收距離為15-20mm。一種熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形系統，應用于權利要求1所述的熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法，包括計算機控制系統(1)，其特征在于，所述計算機控制系統(I)通過以太網與一個控制器(2)相連，所述控制器(2)分別與一個高壓電源模塊(3)、一個微量泵(4)、一個接收平臺(8)相連，以分別控制高壓電場大小、供料速度快慢、接收平臺運動速度和成形路徑；所述微量泵(4)與料筒(5)連接，所述料筒外接一個加熱保溫套(6)以維持材料的熔融態(tài)，實現材料的按需供應。本發(fā)明與現有技術相比較具有以下突出實質性特點和顯著技術進步:
I)本發(fā)明引入的熔融靜電紡絲成形工藝用于成形具有三維貫通孔支架?；谌廴陟o電紡絲成形工藝是一種在計算機系統精確控制下能夠成形具有三維貫通孔的高柔性成形工藝可成形80-300 u m級別的纖維和100-200 u m孔徑。2)本發(fā)明將直寫靜電紡絲技術應用于血管支架的成形，直寫靜電紡絲技術可以實現纖維的沉積路徑精確可控，可構建任意復雜路徑和形狀的血管支架。3)本發(fā)明采用的熔融材料不需要引入有毒的溶劑，與傳統的溶液靜電紡絲方法相t匕，對于后續(xù)的支架細胞培養(yǎng)并植入人體進行血管修復具有明顯的優(yōu)勢。


圖1為血管支架成形路徑示意圖。圖2為熔融直寫靜電紡絲制備血管支架成形系統示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結合附圖詳述如下:
實施例一:
參見圖1，本熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法，其特征在于:操作步驟如
下:
1)將人工合成高分子材料 加熱熔融；
2)將加熱熔融后的材料置于料筒中，消除料筒中的氣泡，根據事先設計好的支架結構與成形路徑，在60°C ±5°C環(huán)境溫度中通過計算機系統的控制，在高壓電場的作用下，在空間的指定位置直寫電紡出具有設定路徑和三維貫通孔的血管支架。實施例二:本實施例與實施例1基本相同，特別之處如下:
所述的人工合成高分子材料為PCL或PLGA或PLLA或TODA類具有熱熔性質的高分子材料。所述具有三維貫通孔血管支架纖維直徑在80-300i!m，三維貫通孔直徑為100-200um。所述熔 融直寫靜電紡絲的接收距離為15_20mm。實施例三:
參見圖2，本熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形系統，應用與上述方法包括計算機控制系統(1)，其特征在于，所述計算機控制系統(I)通過以太網與一個控制器(2)相連，所述控制器(2)分別與一個高壓電源模塊(3)、一個微量泵(4)、一個接收平臺(8)相連，以分別控制高壓電場大小、供料速度快慢、接收平臺運動速度和成形路徑；所述微量泵(4)與料筒(5)連接，所述料筒外接一個加熱保溫套(6)以維持材料的熔融態(tài)，實現材料的按需供應。所述控制器(2)為PLC或單片機或DSP。
權利要求
1.一種熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法，其特征在于:操作步驟如下: 1)將人工合成高分子材料加熱熔融； 2)將加熱熔融后的材料置于料筒中，消除料筒中的氣泡，根據事先設計好的支架結構與成形路徑，在60°C ±5°C環(huán)境溫度中通過計算機系統的控制，在高壓電場的作用下，在空間的指定位置直寫電紡出具有設定路徑和三維貫通孔的血管支架。
2.按照權利要求1所述的熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法，其特征在于:所述的人工合成高分子材料為PCL或PLGA或PLLA或TODA類具有熱熔性質的高分子材料。
3.按照權利要求1所述的熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法，其特征在于:所述具有三維貫通孔血管支架纖維直徑在80-300 u m,三維貫通孔直徑為100-200 u m。
4.按照權利要求1或2、或3所述的熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法，其特征在于:所述熔融直寫靜電紡絲的接收距離為15-20mm。
5.一種熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形系統，應用于權利要求1所述的熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法，包括計算機控制系統(1)，其特征在于，所述計算機控制系統(I)通過以太網與一個控制器(2)相連，所述控制器(2)分別與一個高壓電源模塊(3)、一個微量泵(4)、一個接收平臺(8)相連，以分別控制高壓電場大小、供料速度快慢、接收平臺運動速度和成形路徑；所述微量泵(4)與料筒(5)連接，所述料筒外接一個加熱保溫套(6)以維持材料的熔融態(tài)，實現材料的按需供應。
6.按照權利要求5所述的 熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形系統，其特征在于:所述控制器(2)為PLC或單片機或DSP。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形方法及成形系統。屬于組織工程學與血管組織修復領域。該方法是利用人工合成高分子材料直接成形具有微米級別的紡絲纖維和微米級別的孔徑的血管支架。成形時，根據事先設計好的支架結構與成形路徑，在60℃±5℃環(huán)境溫度中通過計算機系統的控制，在高壓電場的作用下，在空間的指定位置直寫電紡出具有三維貫通孔的血管支架。同時引入直寫技術，可保證沉積路徑可控，并利用材料特性以達到支架的降解可控。利用該成形方法及成形系統可保證血管支架的成形質量，對于后續(xù)的支架細胞培養(yǎng)并植入人體進行血管修復具有明顯的優(yōu)勢。
文檔編號A61L27/16GK103083719SQ201310011120
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月14日 優(yōu)先權日2013年1月14日
發(fā)明者劉瑩, 于永澤, 陳偉華, 向科, 劉媛媛, 胡慶夕 申請人:上海大學