本發(fā)明屬于復(fù)合水凝膠管領(lǐng)域，特別涉及一種多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：
合成材料制備的支架與自體組織順應(yīng)性的不匹配是導(dǎo)致心血管支架應(yīng)用失敗的重要因素。研發(fā)與被替換組織機械力學(xué)性能相似的生物材料是制備組織工程支架與組織替代品時需要重點考慮的。另一方面，目前臨床上應(yīng)用的由聚酯(PET)、膨體聚四氟乙烯(ePTFE)制備的人工血管在用于小口徑(<6mm)血管替換時由于內(nèi)壁粗糙容易形成血栓從而引起嚴(yán)重后果。細(xì)菌納米纖維素(Bacterialnano-cellulose,BNC)是由微生物生產(chǎn)的一種納米纖維素，具有高結(jié)晶度，高持水性，高楊氏模量，高純度，很好的生物相容性等特點，在食品、造紙、醫(yī)用材料等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用。近年來由細(xì)菌納米纖維素制備的管狀材料因其獨特的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性，在小口徑人工血管及血管組織工程支架中具有良好的應(yīng)用前景，受到了研究者的廣泛關(guān)注。目前已有多篇報道利用不同的方法制備了細(xì)菌納米纖維素水凝膠管，并對其機械力學(xué)性能、生物相容性等進行了研究。然而這種由納米纖維素制備的管狀材料沒有彈性，限制了其作為醫(yī)用材料的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管及其制備方法和應(yīng)用，該復(fù)合水凝膠管機械力學(xué)性能可控，可以滿足多種組織修復(fù)支架的需求，復(fù)合水凝膠管的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于細(xì)胞的黏附與增殖，其相互連通的多孔結(jié)構(gòu)有利于營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸和細(xì)胞的長入。本發(fā)明的一種多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管，包括表層和里層，所述表層的表面呈平滑狀，所述里層為納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。里層為具有連通的多孔結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的一種多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管的制備方法，包括：(1)對細(xì)菌納米纖維素水凝膠管進行純化處理(其目的是去除細(xì)菌、內(nèi)毒素等雜質(zhì))，配制聚乙烯醇溶液；(2)將純化后的細(xì)菌納米纖維素水凝膠管固定在玻璃管外壁，然后將聚乙烯醇溶液注滿模具內(nèi)部空隙，置于超聲水浴中脫除氣泡后室溫靜置；(3)將模具置于-80℃中冰凍，將冷凍成型的模具取出，置于-20℃的無水乙醇中解凍，最后將充分解凍后的模具置于室溫下的超純水中，充分置換出乙醇，制得聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管。步驟(1)中所述的純化處理具體為：在80℃的濃度為1％的NaOH溶液中浸泡4h后用超純水反復(fù)沖洗至內(nèi)毒素含量在0.25EU/g以下。步驟(1)中所述的聚乙烯醇溶液中，聚乙烯醇用量為0.1～15％，NaCl用量為0～20％，乙醇用量為0～50％，其余為超純水。步驟(2)中所述的模具的結(jié)構(gòu)為：聚丙烯管套裝在玻璃管外，且兩者之間形成空腔，聚丙烯管和玻璃管兩端分別用橡膠塞固定密封。所述玻璃管內(nèi)腔可以注入不同導(dǎo)熱性能的介質(zhì)，如各種導(dǎo)熱性能不同的液體、固體或氣體。固體為棉纖維，液體為乙醇和水，氣體為空氣。所述空腔注入高分子溶液。步驟(2)中所述的室溫靜置時間為24～36h。本發(fā)明的一種多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管的應(yīng)用，應(yīng)用于人工血管、神經(jīng)組織工程支架或氣管支架。本發(fā)明為改善細(xì)菌納米纖維素管的彈性和順應(yīng)性，將聚乙烯醇[Poly(VinylAlcohol)，PVA]與細(xì)菌納米纖維素復(fù)合，通過反復(fù)凍融的物理交聯(lián)法制備了一種多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管。該方法制備的復(fù)合水凝膠管具有優(yōu)良的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和相互連通的多孔結(jié)構(gòu)，優(yōu)良的機械力學(xué)性能，通過控制制備過程參數(shù)可以實現(xiàn)對復(fù)合水凝膠管孔徑、孔隙率及機械力學(xué)性能的調(diào)控，很好地滿足血管、神經(jīng)等多種管狀組織修復(fù)支架的要求。本發(fā)明復(fù)合水凝膠管的多孔結(jié)構(gòu)是由NaCl、乙醇及聚乙烯醇在-80℃冷凍時發(fā)生相分離而形成，并且孔徑與孔隙率受NaCl、乙醇用量的影響。納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成與乙醇用量，成管模具導(dǎo)熱性能相關(guān)。復(fù)合水凝膠管的機械力學(xué)、微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)、結(jié)晶度和持水量均與-20℃乙醇解凍過程相關(guān)。有益效果本發(fā)明機械力學(xué)性能可控，可以滿足多種組織修復(fù)支架的需求，復(fù)合水凝膠管的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有利于細(xì)胞的黏附與增殖，其相互連通的多孔結(jié)構(gòu)有利于營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸和細(xì)胞的長入，制備工藝簡單，成本低，在血管修復(fù)支架，神經(jīng)修復(fù)支架中有很好的應(yīng)用前景。附圖說明圖1為聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管成管模具示意圖；圖2為細(xì)菌納米纖維素水凝膠管組裝進模具示意圖；圖3為小口徑聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管的SEM照片，其中a,c分別為復(fù)合水凝膠管的內(nèi)、外表面形態(tài)，b為復(fù)合水凝膠管的橫截面形態(tài)；圖4為豬髂動脈內(nèi)皮細(xì)胞在小口徑聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管上的MTT增殖；圖5為細(xì)菌納米纖維素水凝膠管在80-120mmHg壓力范圍下的動態(tài)順應(yīng)性，compliance＝3.44±0.42％，其中細(xì)菌納米纖維素水凝膠管的尺寸為：內(nèi)徑3mm，外徑5mm，長50mm，順應(yīng)性測試時需擠出水凝膠管內(nèi)的水分，測試管壁厚0.2mm；圖6為小口徑聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素水凝膠管在80-120mmHg壓力范圍下的動態(tài)順應(yīng)性，compliance＝3.81±0.69％，復(fù)合水凝膠管尺寸為：內(nèi)徑3mm，外徑5mm，長50mm；圖7為多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管的SEM照片顯示的微觀結(jié)構(gòu)；圖8為聚乙烯醇水凝膠管在80-120mmHg壓力范圍下的動態(tài)順應(yīng)性，compliance＝11.65±0.12％，聚乙烯醇水凝膠管的尺寸為：內(nèi)徑3mm，外徑5mm，長50mm；圖9為聚乙烯醇水凝膠管橫截面的SEM照片；圖10為多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管橫截面示意圖(一)；圖11為無孔聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管橫截面示意圖；圖12為多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管橫截面示意圖(二)。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實施例1(1)細(xì)菌納米纖維素水凝膠管預(yù)處理將內(nèi)徑3mm，外徑5mm，長50mm的細(xì)菌納米纖維素水凝膠管固定在內(nèi)徑2mm，外徑3mm的玻璃管外壁，于80℃的NaOH濃度為1％的溶液中浸泡4h，然后反復(fù)用超純水清洗至內(nèi)毒素含量在0.25EU/g以下。(2)聚乙烯醇溶液的配制稱取10g聚乙烯醇(Mw＝1750±50)置于裝有70g超純水的藍(lán)蓋瓶內(nèi)，旋緊瓶蓋置于95℃震蕩水浴至完全溶解后加入20g無水乙醇，旋緊瓶蓋繼續(xù)水浴震蕩至形成均勻的溶液，取出靜止，冷卻至室溫備用。(3)細(xì)菌納米纖維素水凝膠管與聚乙烯醇復(fù)合按圖2輕輕擠壓出固定在玻璃管上的細(xì)菌納米纖維素水凝膠管中的水分并用濾紙吸干控制其含水量約為50％，將其深入內(nèi)徑為5mm，壁厚為1mm的聚丙烯管內(nèi)并用橡膠塞固定，將上述聚乙烯醇溶液注滿模具，在頻率為50KHz，溫度為25℃的超聲水浴中超聲30min脫除氣泡，取出靜置24h后置于-80℃冰凍4h，然后打開模具兩端的橡膠塞并立即置于-20℃無水乙醇中解凍24h，取出于室溫下用超純水充分置換出乙醇，最后將模具內(nèi)的復(fù)合水凝膠管取出獲得一種小口徑聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管。(4)特征及潛在應(yīng)用上述制備的小口徑聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管的內(nèi)外表面形態(tài)不同，管主體結(jié)構(gòu)為納米纖維網(wǎng)絡(luò)狀(如圖3)，具有很好的生物相容性(見圖4)和一定的彈性(見圖5、圖6)，在小口徑人工血管領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。實施例2(1)細(xì)菌納米纖維素水凝膠管預(yù)處理將內(nèi)徑6mm，外徑8mm，長50mm的細(xì)菌納米纖維素水凝膠管固定在內(nèi)徑5mm，外徑6mm的玻璃管外壁，于80℃濃度為1％的NaOH溶液中浸泡4h，然后反復(fù)用超純水清洗至內(nèi)毒素含量在0.25EU/g以下。(2)聚乙烯醇溶液的配制稱取10g聚乙烯醇(Mw＝1750±50)、10gNaCl置于裝有60g超純水的藍(lán)蓋瓶內(nèi)，旋緊瓶蓋置于95℃震蕩水浴至完全溶解后加入20g無水乙醇，旋緊瓶蓋繼續(xù)水浴震蕩至形成均勻的溶液，取出靜止，冷卻至室溫備用。(3)細(xì)菌納米纖維素水凝膠管與聚乙烯醇復(fù)合按圖2輕輕擠壓出固定在玻璃管上的細(xì)菌納米纖維素水凝膠管中的水分并用濾紙吸干控制其含水量約為50％，將其伸入內(nèi)徑為8mm，壁厚為1mm的聚丙烯管內(nèi)并用橡膠塞固定，將上述聚乙烯醇溶液注滿模具，在頻率為50KHZ，溫度為25℃的超聲水浴中超聲30min脫除氣泡，取出靜置24h后置于-80℃冰凍4h，然后打開模具兩端的橡膠塞并立即置于-20℃無水乙醇中解凍24h，取出于室溫下用超純水充分置換出乙醇，最后將模具內(nèi)的復(fù)合水凝膠管取出獲得一種多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管。(4)特征及潛在應(yīng)用上述制備的多孔彈性聚乙烯醇/細(xì)菌納米纖維素復(fù)合水凝膠管具有相互連通的多孔結(jié)構(gòu)(如圖7)，有利于細(xì)胞的長入，在血管、神經(jīng)、氣管等管狀組織的損傷修復(fù)中具有很好的應(yīng)用前景。實施例3(1)細(xì)菌納米纖維素水凝膠管預(yù)處理將內(nèi)徑6mm，外徑8mm，長50mm的細(xì)菌納米纖維素水凝膠管固定在玻璃管外壁，于80℃濃度為1％的NaOH溶液中浸泡4h，然后反復(fù)用超純水清洗至內(nèi)毒素含量在0.25EU/g以下。(2)聚乙烯醇溶液的配制稱取15g聚乙烯醇(1750±50)置于裝有65g超純水的藍(lán)蓋瓶內(nèi)，旋緊瓶蓋置于95℃震蕩水浴至完全溶解后加入20g無水乙醇，旋緊瓶蓋繼續(xù)水浴震蕩至形成均勻的溶液，取出靜止，冷卻至室溫備用。(3)聚乙烯醇水凝膠管的制備將外徑6mm壁厚1mm的玻璃管內(nèi)腔注滿無水乙醇封閉兩端后伸入內(nèi)徑為8mm，壁厚為1mm的聚丙烯管內(nèi)并用橡膠塞固定，將上述聚乙烯醇溶液注滿模具，在頻率為50KHz，溫度為25℃的超聲水浴中超聲30min脫除氣泡，取出靜置24h后置于-80℃冰凍4h，然后打開模具兩端的橡膠塞圈并立即置于-20℃無水乙醇中解凍24h，取出于室溫下用超純水充分置換出乙醇，最后將模具內(nèi)的水凝膠管取出獲得一種具有納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的彈性水凝膠管。(4)特征及潛在應(yīng)用上述制備的聚乙烯醇水凝膠管具有很好的彈性，其圓周的順應(yīng)性接近人體血管的圓周順應(yīng)性(如圖8)，水凝膠管具有規(guī)整的納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(如圖9)，并有PVA分子穿插其中，截面示意圖見圖10和圖11。冷凍后形成更多較大孔隙(示意圖見圖12)，有利于細(xì)胞的黏附、固定和增殖，在血管修復(fù)支架，神經(jīng)修復(fù)支架中有很好的應(yīng)用前景。