可實現(xiàn)多材料分區(qū)電紡的系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種可實現(xiàn)多材料分區(qū)電紡的系統(tǒng)和方法，屬于靜電紡絲領域和生物制造技術領域。
【背景技術】
[0002]近幾年來，由于納米材料研宄的迅速升溫，激起了人們對靜電紡絲進行深入研宄的濃厚興趣。靜電紡絲紡出的納米纖維直徑小，比表面積大，已廣泛應用于生物醫(yī)用材料、過濾及防護、催化、能源、光電、食品工程、化妝品等領域。靜電紡絲已成為制取納米纖維最重要、最有效的方法。靜電紡絲法簡單、易操作，但是其接收纖維不可控這一缺點嚴重制約了靜電紡絲技術在各個領域的應用。
[0003]靜電紡絲技術在組織工程支架、創(chuàng)傷修復、藥物釋放控制等方面也有著廣泛的應用。利用靜電紡絲技術電紡生物材料制得的纖維具有非常好的生物相容性和結構相容性，其納米級的結構很好地模擬了細胞外基質。靜電紡絲納米纖維可作為酶，藥物和生長因子的載體。通過共混電紡或同軸電紡可將酶，藥物和生長因子載入到納米纖維中，實現(xiàn)酶，藥物和生長因子在時間和空間上的可控釋放。靜電紡絲在組織工程中可用于電紡細胞和細胞定向組裝中，細胞可沿著納米纖維生長，擴散和分化。在纖維上載上酶，藥物和生長因子后，可更好地引導，促進，調節(jié)細胞的擴散，增殖和分化。當靜電紡絲用于創(chuàng)傷修復中時，不同部位組織結構不同，受損程度不同，所需要的紡絲材料，所載的酶，藥物和生長因子也就不同。因此，能夠實現(xiàn)多材料的分區(qū)電紡具有重要意義。
[0004]心腦血管類疾病嚴重危害人類健康，人們對血管缺損修復和替換的需求日益迫切。利用靜電紡絲的方法制備血管支架目前越來越受到人們的關注。構建出來的血管支架能夠滿足細胞在支架上的生長，迀移和分化是血管支架成功的重要標準。在血管支架的不同層載上不同的酶，藥物或生長因子可以起到誘導細胞在支架上定向迀移，調節(jié)細胞分化的作用。
[0005]因此，實現(xiàn)不同材料，特別是載上不同酶，藥物和生長因子的電紡絲在指定區(qū)域沉積對誘導細胞定向迀移，創(chuàng)傷修復，血管支架等生物制造領域具有重要意義。

【發(fā)明內容】

[0006]為了能夠進一步擴展電紡絲技術在生物制造領域的應用，本發(fā)明提供了一種可實現(xiàn)多材料分區(qū)電紡的系統(tǒng)和方法，其可與同軸電紡和電紡細胞相結合，制備出在不同區(qū)域沉積載有不同生長因子或細胞的電紡絲纖維膜，將其卷曲后，得到類似于血管分層結構的電紡絲支架。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案:本發(fā)明提供一種可實現(xiàn)多材料分區(qū)電紡的系統(tǒng)，其特征在于，其包括多噴頭供料機構、計算機控制系統(tǒng)、導體、接收部件、托盤、高壓電源；所述多噴頭供料機構位于接收部件的上方，且距離可以調整；所述接收部件通過支架在托盤的上方固定，且接收部件可以更換；導體和接收部件之間留有一定的間隙；所述高壓電源的正極和多噴頭供料機構的噴頭的正極相連，高壓電源的負極和導體相連；所述多噴頭供料機構、托盤與計算機控制系統(tǒng)相連，通過計算機控制系統(tǒng)來控制多噴頭供料機構的多噴頭供料的切換以及托盤的旋轉或移動。
[0008]優(yōu)選地，所述多噴頭供料機構中每個料筒里裝有不同材料，料筒數(shù)量可擴展，噴頭可設計為同軸噴頭。
[0009]優(yōu)選地，所述接收部件為接收薄膜或絕緣的接收薄板，在整個電紡過程中接收部件的位置不變。
[0010]優(yōu)選地，所述計算機控制系統(tǒng)可根據(jù)不同的需求來控制多噴頭供料機構以及托盤的配合，獲得不同材料在不同區(qū)域分布的電紡絲纖維膜。
[0011]優(yōu)選地，所述靜電紡絲過程中高壓電源提供的電壓為10-15kv，供料速度為
1.2ml/h，接收距離為 150-200mm。
[0012]優(yōu)選地，所述多噴頭供料機構中每個料筒里可裝上混有不同生長因子，藥物或細胞的電紡絲材料。
[0013]優(yōu)選地，所述計算機控制系統(tǒng)在變換多噴頭供料機構時，同時控制托盤的旋轉或移動，此時多噴頭供料機構停止供料，當托盤停止運動時，多噴頭供料機構開始供料。
[0014]本發(fā)明還提供一種可實現(xiàn)多材料分區(qū)電紡的方法，其特征在于，以多噴頭供料機構有兩個料筒m、n，且其中η料筒的噴頭為同軸噴頭進行說明，該方法包括以下步驟:
步驟一，選擇適用于靜電紡絲的第一生物材料A和第二生物材料B，制備電紡絲溶液；步驟二，選擇兩種合適的藥物，分別為第一藥物P和第二藥物q，溶解得兩種藥物溶液；步驟三，將第一生物材料A的電紡絲溶液和第一藥物P的溶液混合，攪拌均勻，裝入到料筒m中；將第二生物材料B的電紡絲溶液裝入到料筒η的外通道中，第二藥物q的溶液裝入到料筒η的內通道中；
步驟四，供料機構的微量泵控制靜電紡絲溶液的供給，計算機控制系統(tǒng)控制m料筒的微量泵啟動，紡絲設定時間后，發(fā)送信號給多噴頭供料機構，停止m料筒的供料，然后驅動托盤運動一段距離，當托盤停止運動時，啟動控制η料筒的微量泵，紡絲設定時間后，整個系統(tǒng)停止工作。
[0015]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下實質性特點和顯著優(yōu)點:本發(fā)明在已有的電紡絲設備的基礎上，增加了一個利用計算機控制系統(tǒng)控制托盤的移動和多噴頭供料機構的系統(tǒng)，其中導體的形狀可變化，多噴頭供料機構的料筒數(shù)量可擴展，噴頭結構可變化，托盤運動可調節(jié)；本發(fā)明可以實現(xiàn)多種材料，特別是載上不同酶，藥物和生長因子的電紡絲在任意區(qū)域的沉積，可實現(xiàn)酶，藥物和生長因子在纖維層上的材料梯度分布；將獲得的電紡絲膜卷曲，可獲得電紡絲在空間上的材料梯度分布，實現(xiàn)藥物在空間上的分級釋放；直接將分區(qū)電紡和電紡細胞結合，獲得在不同區(qū)域上載有不同的細胞的電紡絲，再將其卷曲便可很好地模擬血管分層結構。本發(fā)明擴展了電紡絲在工業(yè)，特別是生物制造中的應用，可根據(jù)生物體組織的結構，傷口的形狀，受傷程度的不同來設計載上藥物或生長因子的電紡絲沉積區(qū)域，通過卷曲所構建的血管支架在不同區(qū)域載有不同的生長因子，可誘導細胞的定向迀移和分化；本發(fā)明為復合生物支架、細胞受控組裝以及傷口修復提供了新型的工藝方法。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明可實現(xiàn)多材料分區(qū)電紡的系統(tǒng)的原理框圖。
[0017]圖2為實施例1分區(qū)電紡示意圖。
[0018]圖3為實施例2分區(qū)電紡示意圖。
[0019]圖4為實施例2中電紡絲膜卷曲后得到的納米纖維支架的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，一種可實現(xiàn)多材料分區(qū)電紡的系統(tǒng)包括:多噴頭供料機構1、計算機控制系統(tǒng)2、導體3、接收部件4、托盤5、高壓電源6 ;所述多噴頭供料機構I位于接收部件4的上方，且距離可以調整；所述接收部件4通過支架在托盤5上方固定，且接收部件4可以更換；導體3和接收部件4之間留有一定的間隙；所述高壓電源6的正極和多噴頭供料機構I的噴頭的正極相連，高壓電源6的負極和導體3相連；所述多噴頭供料機構1、托盤5都與計算機控制系統(tǒng)(2)相連，通過計算機控制系統(tǒng)2來控制多噴頭供料機構I的多噴頭供料的切換以及托盤5的旋轉或移動。多噴頭供料機構I中每個料筒里裝有不同材料，料筒數(shù)量可擴展，噴頭可設計為同軸噴頭。接收部件4為接收薄膜或絕緣的接收薄板，在整個電紡過程中接收部件4位置不變。計算機控制系統(tǒng)2可根據(jù)不同的需求來控制多噴頭供料機構I以及托盤5的配合，獲得不同材料在不同區(qū)域分布的電紡絲纖維膜。靜電紡絲過程中高壓電源6提供的電壓為10-15kV，供料速度為1.2ml/h，接收距離為150_200mm。多噴頭供料機構I中每個料筒里可裝上混有不同生長因子，藥物或細胞的電紡絲材料。計算機控制系統(tǒng)2在變換多噴頭供料機構I時，同時控制托盤5的旋轉或移動，此時多噴頭供料機構I停止供料，當托盤5停止運動時，多噴頭供料機構I開始供料。本發(fā)明得到的載有不同生長因子，藥物或細胞的電紡絲纖維膜可以卷曲，形成類似于血管的三維結構。所述托盤5形狀可以是任意形狀，其材料為絕緣材料；所述導體3可以是半圓形，方塊形或其他任意形狀，即所述托盤和導體可根據(jù)需要設計成不同的形狀。
[0021]實施例1
如圖2所示，本發(fā)明可實現(xiàn)多材料分區(qū)電紡的方法(實施例1)包括以下步驟:
O制備兩份8.8%的PVA (聚乙烯醇)溶液，均為20ml ；
2)取第二代人體脂肪干細胞，以1000r/min離心5min，制備出細胞含量為4X106個/ml的細胞懸液；取第二代人體成纖維細胞，以1000r/min離心5min，制備出細胞