專(zhuān)利名稱(chēng)：一種組織工程心臟瓣膜支架及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬組織修復(fù)用生物材料支架及其制備領(lǐng)域，特別是涉及一種組織工程心
臟瓣膜支架及其制備方法。
背景技術(shù)：
組織工程學(xué)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新學(xué)科，是材料學(xué)、工程學(xué)和生命科學(xué)共同發(fā)展并相互融合的產(chǎn)物，其中最基本的思路是在體外分離、培養(yǎng)細(xì)胞接種到具有一定空間結(jié)構(gòu)的支架上，通過(guò)細(xì)胞之間的相互黏附、生長(zhǎng)增殖、分泌細(xì)胞外基質(zhì)，從而形成具有一定結(jié)構(gòu)和功能的組織或器官。因此，篩選合適的支架材料，是構(gòu)建組織工程支架成敗的關(guān)鍵因素。1934年美國(guó)人Formhals在一篇專(zhuān)利中首次介紹了利用靜電斥力獲得聚合物纖維絲的方法。靜電紡工藝是制備生物支架材料最有效的辦法之一，靜電紡納米纖維用于再生醫(yī)學(xué)已經(jīng)引起了科學(xué)家的重視，許多生物材料已經(jīng)被紡成了納米纖維。但該工藝缺乏對(duì)孔的控制(如孔的結(jié)構(gòu)、空間走向、空間走向、連通性等)，更缺乏制造復(fù)雜外形的能力。 熔融快速成型法(Fused Deposition Modeling)是一種基于離散堆積成形思想的新型成形技術(shù)，它采用材料累加的制造原理，通過(guò)計(jì)算機(jī)處理CAD數(shù)據(jù)模型，快速制造出三維實(shí)體模型。其基本過(guò)程是首先對(duì)零件的CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行分層處理，得到零件的二維截面數(shù)據(jù)，然后根據(jù)每一層的截面數(shù)據(jù)，以特定的成型工藝(擠壓成型材料、固化光敏樹(shù)脂或燒結(jié)粉末等)制作出與該層截面形狀一致的一層薄片，這樣不斷重復(fù)操作，逐層累加，直至"生長(zhǎng)"出整個(gè)零件的實(shí)體模型。該工藝的缺點(diǎn)是可用材料的局限性，目前可以使用的纖維是ABS等工程塑料，目前只能夠制作出病變部位的模型供研究，不具備軟組織等各項(xiàng)機(jī)械及生物學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種組織工程心臟瓣膜支架及其制備方法，該心臟瓣膜支架采用復(fù)合納米靜電紡材料，具有良好的生物相容性和機(jī)械性能，且具有較高的孔隙率；該制備方法簡(jiǎn)單，原料來(lái)源方便，成本低，對(duì)環(huán)境友好，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。 本發(fā)明的一種組織工程心臟瓣膜支架，由靜電紡瓣葉支架與瓣膜環(huán)構(gòu)成，瓣膜環(huán)于內(nèi)部支撐靜電紡瓣葉支架復(fù)合制得組織工程心臟瓣膜支架。 所述的靜電紡瓣葉支架的內(nèi)徑為20mm;厚度為0.2 0.4mm無(wú)序納米纖維薄膜；長(zhǎng)度為8mm ; 所述的靜電紡瓣葉支架的材料包括膠原蛋白、熱塑性聚氨酯和六氟異丙醇，其中膠原蛋白熱塑性聚氨酯=10 80wt% : 90 20wt% ;膠原蛋白與熱塑性聚氨酯質(zhì)量之和六氟異丙醇=3 10wt% : 97 90wt%。
本發(fā)明的一種組織工程心臟瓣膜支架的制備方法包括
(l)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，以ABS等工程塑料作為制作材料，用快速熔融成型法(Fused Deposition Modeling)制備具有動(dòng)脈瓣幾何形狀，并且適合旋轉(zhuǎn)接受的模具；
(2)通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，以熱塑性聚氨酯作為材料，用快速熔融成型法(Fused Deposition Modeling)制備支架成型需要的瓣膜環(huán)，材料選擇聚己內(nèi)酯(PCLPolycaprolactone， 美國(guó)sigma公司，分子量80000);(3)制備膠原蛋白紡絲溶液將膠原蛋白溶于六氟異丙醇(HFIP)中，25 30°C攪拌至完全溶解，得到濃度4-10% (克/毫升)的膠原蛋白紡絲溶液；
(4)制備熱塑性聚氨酯紡絲溶液將熱塑性聚氨酯溶于六氟異丙醇(HFIP)中，攪拌至完全溶解，得到濃度3-8% (克/毫升)的聚氨酯紡絲溶液； (5)將上述兩種紡絲溶液混合均勻，得到的溶液可用于靜電紡制備納米纖維；其中，膠原蛋白占溶質(zhì)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10%-80%，熱塑性聚氨酯占溶質(zhì)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的90% -20% ;總?cè)苜|(zhì)占溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% -10% ; (6)將上述混合靜電紡溶液置于滾筒接受靜電紡裝置中，調(diào)節(jié)紡絲工藝參數(shù)電壓控制在10-30KV;注射速度0.5-2.5ml/h ;接受距離10-15cm，得到靜電紡納米纖維材料，通過(guò)靜電紡滾軸旋轉(zhuǎn)接收的方法成型于具有動(dòng)脈瓣葉幾何形狀的接收模具表面，然后脫模制得到具有瓣葉形狀的靜電紡納米支架； (7)將靜電紡納米支架與瓣膜環(huán)復(fù)合成型，即得組織工程心臟瓣膜支架。
所述步驟(1)中的接受模具的表面噴涂有有機(jī)硅導(dǎo)電噴涂液；
所述步驟(3)中的膠原蛋白紡絲溶液的濃度為6 8% (克/毫升)；
所述步驟(4)中的聚氨酯紡絲溶液的濃度為5 6% (克/毫升)；
所述步驟(5)中的總?cè)苜|(zhì)占溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% -6.5% ; 所述步驟(6)中的紡絲工藝參數(shù)為電壓12KV ;注射速度1.5ml/h ;接受距離12cm ; 所述步驟(6)中的靜電紡納米纖維材料直徑范圍100-800nm ; 所述步驟(7)中的復(fù)合成型是指將瓣膜環(huán)與靜電紡瓣葉支架通過(guò)縫合，粘合的方
法進(jìn)行復(fù)合。 本發(fā)明通過(guò)靜電紡納米制造工藝與熔融快速成型，制備出具有復(fù)雜幾何形狀的組織工程心臟瓣膜支架。首先利用熔融快速成型制造法在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的前提下，設(shè)計(jì)出具有良好血液動(dòng)力學(xué)瓣膜CAD模型，通過(guò)熔融快速成型制備出靜電紡接受模具；在該接受模具的輔助下，利用靜電紡納米纖維可以堆積成型的優(yōu)點(diǎn)，使得納米纖維在具有復(fù)雜幾何形狀的接受模具表面堆積，最終形成具有組織工程動(dòng)脈瓣復(fù)雜幾何形狀的靜電紡納米心臟瓣膜支架。
有益效果 本發(fā)明的心臟瓣膜支架采用復(fù)合納米靜電紡材料，具有良好的生物相容性和機(jī)械性能，兼?zhèn)潇o電紡納米優(yōu)良的抗撓性能，且具有較高的孔隙率，通過(guò)旋轉(zhuǎn)堆積的方法可制作成為不同的形狀，可作血管、神經(jīng)、瓣膜等組織修復(fù)支架材料；且制備方法簡(jiǎn)單，原料來(lái)源方便，成本低，對(duì)環(huán)境友好，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是Proengineering接受模具模型； 圖2是快速熔融成型制備方法得到的旋轉(zhuǎn)接受模具； 圖3是快速熔融方法制備的瓣膜環(huán)； 圖4是靜電紡瓣葉支架與瓣膜環(huán)復(fù)合成為新型組織工程心臟瓣膜支架。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
實(shí)施例1 用電子分析天平稱(chēng)取0.3g膠原蛋白溶于5ml六氟異丙醇中，25。C磁力攪拌至完全溶解，得到濃度為6%(克/毫升)的膠原蛋白紡絲溶液；用電子分析天平稱(chēng)取0.3g熱塑性聚氨酯溶于5ml六氟異丙醇中，微熱磁力攪拌至完全溶解，得到濃度為6%(克/毫升)的熱塑性聚氨酯紡絲溶液；待二者完全溶解后將二者按2 : 8的比例混合均勻，混合溶液總濃度為6wt^;靜電紡紡絲工藝為紡絲電壓為12kv，注射泵推進(jìn)速度為1.5ml/h，接受距離12cm，選用9號(hào)針頭，采用熔融快速成型法制備的接收模具(表面噴涂導(dǎo)電材料，有機(jī)硅導(dǎo)電噴涂液)接受纖維，纖維直徑345納米，納米纖維管狀支架的內(nèi)徑為20cm，壁厚為0.4mm無(wú)序納米纖維薄膜，長(zhǎng)度為8mm。 該瓣葉材料與熔融快速成型法制備的瓣膜環(huán)復(fù)合成型，制備出新型瓣膜支架。
實(shí)施例2 用電子分析天平稱(chēng)取0.3g膠原蛋白溶于5ml六氟異丙醇中，25。C磁力攪拌至完全溶解，得到濃度為6%(克/毫升)的膠原蛋白紡絲溶液；用電子分析天平稱(chēng)取0.3g熱塑性聚氨酯溶于5ml六氟異丙醇中，微熱磁力攪拌至完全溶解，得到濃度為6%(克/毫升)的熱塑性聚氨酯紡絲溶液；待二者完全溶解后將二者按4 : 6的比例混合均勻，混合溶液總濃度為6wt^;靜電紡紡絲工藝為紡絲電壓為16kv，注射泵推進(jìn)速度為1.2ml/h，接受距離12cm，選用9號(hào)針頭，采用熔融快速成型法制備的接收模具(表面噴涂導(dǎo)電材料，有機(jī)硅導(dǎo)電噴涂液)接受纖維，纖維直徑208納米，納米纖維管狀支架的內(nèi)徑為20mm，壁厚為0.32mm無(wú)序納米纖維薄膜，長(zhǎng)度為8mm。 該瓣葉材料與熔融快速成型法制備的瓣膜環(huán)復(fù)合成型，制備出新型瓣膜支架。
實(shí)施例3 用電子分析天平稱(chēng)取0.4g膠原蛋白溶于5ml六氟異丙醇中，25。C磁力攪拌至完全溶解，得到濃度為8%(克/毫升)的膠原蛋白紡絲溶液；用電子分析天平稱(chēng)取0.5g熱塑性聚氨酯溶于10ml六氟異丙醇中，微熱磁力攪拌至完全溶解，得到濃度為5%(克/毫升)的熱塑性聚氨酯紡絲溶液；待二者完全溶解后將二者體積比為6:4的比例混合均勻，混合溶液總濃度為6.2wt^;靜電紡紡絲工藝為紡絲電壓為16kv，注射泵推進(jìn)速度為1.2ml/h，接受距離12cm，選用9號(hào)針頭，采用熔融快速成型法制備的接收模具(表面噴涂導(dǎo)電材料，有機(jī)硅導(dǎo)電噴涂液)接受纖維，纖維直徑176nm，納米纖維管狀支架的內(nèi)徑為20cm，壁厚為0.26mm無(wú)序納米纖維薄膜，長(zhǎng)度為8mm。 該瓣葉材料與熔融快速成型法制備的瓣膜環(huán)復(fù)合成型，制備出新型瓣膜支架。
實(shí)施例4 用電子分析天平稱(chēng)取0.4g膠原蛋白溶于5ml六氟異丙醇中，25。C磁力攪拌至完全溶解，得到濃度為8%(克/毫升)的膠原蛋白紡絲溶液；用電子分析天平稱(chēng)取0.5g熱塑性聚氨酯溶于10ml六氟異丙醇中，微熱磁力攪拌至完全溶解，得到濃度為5%(克/毫升)的熱塑性聚氨酯紡絲溶液；待二者完全溶解后將二者體積比為8:2的比例混合均勻，混合溶液總濃度為5.2wt^;靜電紡紡絲工藝為紡絲電壓為16kv，注射泵推進(jìn)速度為1.2ml/h，接受距離12cm，選用9號(hào)針頭，采用熔融快速成型法制備的接收模具(表面噴涂導(dǎo)電材料，有機(jī)硅導(dǎo)電噴涂液)接受纖維，纖維直徑120nm，納米纖維管狀支架的內(nèi)徑為0.4cm，壁厚為0.08cm無(wú)序納米纖維薄膜，長(zhǎng)度為4.5cm。 該瓣葉材料與熔融快速成型法制備的瓣膜環(huán)復(fù)合成型，制備出新型瓣膜支架。
權(quán)利要求
一種組織工程心臟瓣膜支架，由靜電紡瓣葉支架與瓣膜環(huán)構(gòu)成，瓣膜環(huán)于內(nèi)部支撐靜電紡瓣葉支架復(fù)合制得組織工程心臟瓣膜支架。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組織工程心臟瓣膜支架，其特征在于所述的靜電紡瓣葉支架的內(nèi)徑為20mm ;厚度為0.2 0.4mm無(wú)序納米纖維薄膜；長(zhǎng)度為8mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種組織工程心臟瓣膜支架，其特征在于所述的靜電紡 瓣葉支架的材料包括膠原蛋白、熱塑性聚氨酯和六氟異丙醇，其中膠原蛋白熱塑性聚 氨酯=10 80wt% : 90 20wt% ;膠原蛋白與熱塑性聚氨酯質(zhì)量之和六氟異丙醇= 3 10wt% : 97 90wt%。
4. 一種組織工程心臟瓣膜支架的制備方法包括(1) 制備動(dòng)脈瓣接受模具；(2) 通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；(3) 制備膠原蛋白紡絲溶液將膠原蛋白溶于六氟異丙醇HFIP中，25 3(TC攪拌至 完全溶解，得到濃度4-10克/毫升的膠原蛋白紡絲溶液；(4) 制備熱塑性聚氨酯紡絲溶液將熱塑性聚氨酯溶于六氟異丙醇HFIP中，攪拌至 完全溶解，得到濃度3-8克/毫升的聚氨酯紡絲溶液；(5) 將上述兩種紡絲溶液混合均勻，得到的溶液可用于靜電紡制備納米纖維；其 中，膠原蛋白占溶質(zhì)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的10%-80%，熱塑性聚氨酯占溶質(zhì)總質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 90% -20% ;總?cè)苜|(zhì)占溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% -10% ;(6) 將上述混合靜電紡溶液置于滾筒接受靜電紡裝置中，調(diào)節(jié)紡絲工藝參數(shù)電壓控制在10-30KV;注射速度0.5-2.5ml/h;接受距離10-15cm，得到靜電紡納米纖維材料，通 過(guò)靜電紡滾軸旋轉(zhuǎn)接收的方法成型于具有動(dòng)脈瓣葉幾何形狀的接收模具表面，然后脫模 制得到具有瓣葉形狀的靜電紡納米支架；(7) 將靜電紡納米支架與瓣膜環(huán)復(fù)合成型，即得組織工程心臟瓣膜支架。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種組織工程心臟瓣膜支架的制備方法，其特征在于所 述步驟(1)中的接受模具的材料為ABS工程塑料，其表面噴涂有有機(jī)硅導(dǎo)電噴涂液；所述 步驟(2)中的瓣膜環(huán)的材料為聚己內(nèi)酯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種組織工程心臟瓣膜支架的制備方法，其特征在于所 述步驟(3)中的膠原蛋白紡絲溶液的濃度為6 8克/毫升。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種組織工程心臟瓣膜支架的制備方法，其特征在于所 述步驟(4)中的聚氨酯紡絲溶液的濃度為5 6克/毫升。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種組織工程心臟瓣膜支架的制備方法，其特征在于所 述步驟(5)中的總?cè)苜|(zhì)占溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% -6.5%。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種組織工程心臟瓣膜支架的制備方法，其特征在于所 述步驟(6)中的紡絲工藝參數(shù)為電壓12KV ;注射速度1.5ml/h ;接受距離12cm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種組織工程心臟瓣膜支架的制備方法，其特征在于所 述步驟(6)中的靜電紡納米纖維材料直徑范圍100-800nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組織工程心臟瓣膜支架，由靜電紡瓣葉支架與瓣膜環(huán)構(gòu)成，瓣膜環(huán)于內(nèi)部支撐靜電紡瓣葉支架復(fù)合制得組織工程心臟瓣膜支架；其制備包括分別制備接受模具及瓣膜環(huán)；然后將膠原蛋白紡絲溶液和性聚氨酯紡絲溶液混合均勻得到靜電紡混合液進(jìn)行靜電紡絲，再通過(guò)靜電紡納米旋轉(zhuǎn)堆積的方法成型于模具表面，然后脫模制得到具有靜電紡納米支架；最后將靜電紡納米支架與瓣膜環(huán)復(fù)合成型，即得組織工程心臟瓣膜支架。本發(fā)明的心臟瓣膜支架采用復(fù)合納米靜電紡材料，具有良好的生物相容性和機(jī)械性能，且具有較高的孔隙率；該制備方法簡(jiǎn)單，原料來(lái)源方便，成本低，對(duì)環(huán)境友好，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)A61F2/24GK101690683SQ200910197150
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月14日
發(fā)明者柯勤飛, 莫秀梅, 陳銳 申請(qǐng)人:東華大學(xué)