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(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)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(tǒng)。屬于組織工程學(xué)與血管組織修復(fù)領(lǐng)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(jí)別的紡絲纖維和微米級(jí)別的孔徑的血管支架。成形時(shí)，根據(jù)事先設(shè)計(jì)好的支架結(jié)構(gòu)與成形路徑，在60℃±5℃環(huán)境溫度中通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制，在高壓電場(chǎng)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(shí)引入直寫技術(shù)，可保證沉積路徑可控，并利用材料特性以達(dá)到支架的降解可控。利用該成形方法及成形系統(tǒng)可保證血管支架的成形質(zhì)量，對(duì)于后續(xù)的支架細(xì)胞培養(yǎng)并植入人體進(jìn)行血管修復(fù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)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(tǒng)，屬于組織工程學(xué)與血管組織修復(fù)領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
由于缺血性疾病、動(dòng)脈粥樣硬化等疾病和創(chuàng)傷、運(yùn)動(dòng)損傷、炎癥和組織退變等原因造成的血管缺損是當(dāng)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(dòng)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(tǒng)對(duì)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(huì)導(dǎo)致無(wú)法再生的缺血性組織的產(chǎn)生。因此，如何實(shí)現(xiàn)血管缺損的修復(fù)和功能重建成為目前醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)之一。組織工程技術(shù)的出現(xiàn)與快速發(fā)展，為血管組織缺損修復(fù)提供了新的思路和方法。血管組織工程旨在構(gòu)建有功能的血管結(jié)構(gòu)以修復(fù)損傷的血管或是灌注功能性營(yíng)養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)，而這些過(guò)程可以通過(guò)控制或調(diào)節(jié)新生血管的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)支路。在組織工程化的組織構(gòu)建過(guò)程中，得到的組織能否得到充分的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，是成功構(gòu)建完整的工程化組織的關(guān)鍵 理想的組織工程血管支架應(yīng)當(dāng)具備以下特點(diǎn):(I)在支架材料組成方面，應(yīng)當(dāng)具有良好的生物相容性與細(xì)胞親和性以利于細(xì)胞黏附、增殖和分化。同時(shí)，支架應(yīng)當(dāng)具備良好的彈性以便于成形和支撐；(2)在支架物理結(jié)構(gòu)方面，血管支架應(yīng)該具有微米級(jí)的纖維直徑大小和孔隙結(jié)構(gòu)；(3)在組織培養(yǎng)方面，支架應(yīng)當(dāng)具有良好地降解可控性，細(xì)胞在支架內(nèi)部應(yīng)當(dāng)可以實(shí)現(xiàn)空間定位和立體分布的可控操作，以滿足具有不同功能、結(jié)構(gòu)要求的復(fù)雜組織和器官的修復(fù)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(tǒng)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(tǒng)工藝制備的血管支架主要依靠手工和模具成形，支架內(nèi)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(jié)構(gòu)與性能的制備重復(fù)性較差，難以滿足血管組織修復(fù)的要求；選擇性激光燒結(jié)、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(bǔ)傳統(tǒng)工藝的不足，制備出結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔隙率與孔徑大小可控且重復(fù)性好的一體化支架，但是，由于各種快速成形工藝對(duì)加工條件與所適用的材料種類都有嚴(yán)格的要求；無(wú)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(xì)、孔徑較小的組織工程支架。傳統(tǒng)的溶液靜電紡絲，由于紡絲過(guò)程中有機(jī)溶劑的揮發(fā)，形成 的紡絲都是納米級(jí)別的，難于實(shí)現(xiàn)可控的微米級(jí)孔徑，難于實(shí)現(xiàn)紡絲的按需沉積。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對(duì)現(xiàn)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(tǒng)，基于離散-堆積的增量制造成形原理，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與自動(dòng)控制下，通過(guò)噴頭及高壓直流電場(chǎng)紡出具有特定路徑形狀和孔隙的血管支架。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)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(jù)事先設(shè)計(jì)好的支架結(jié)構(gòu)與成形路徑，在60°C ±5°C環(huán)境溫度中通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制，在高壓電場(chǎng)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(zhì)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(tǒng)，應(yīng)用于權(quán)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(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(I)通過(guò)以太網(wǎng)與一個(gè)控制器(2)相連，所述控制器(2)分別與一個(gè)高壓電源模塊(3)、一個(gè)微量泵(4)、一個(gè)接收平臺(tái)(8)相連，以分別控制高壓電場(chǎng)大小、供料速度快慢、接收平臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(gè)加熱保溫套(6)以維持材料的熔融態(tài)，實(shí)現(xiàn)材料的按需供應(yīng)。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)步: I)本專利技術(shù)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。基于熔融靜電紡絲成形工藝是一種在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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(jí)別的纖維和100-200 u m孔徑。2)本專利技術(shù)將直寫靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用于血管支架的成形，直寫靜電紡絲技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)纖維的沉積路徑精確可控，可構(gòu)建任意復(fù)雜路徑和形狀的血管支架。3)本專利技術(shù)采用的熔融材料不需要引入有毒的溶劑，與傳統(tǒng)的溶液靜電紡絲方法相t匕，對(duì)于后續(xù)的支架細(xì)胞培養(yǎng)并植入人體進(jìn)行血管修復(fù)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。附圖說(shuō)明圖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(tǒng)示意圖。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下: 實(shí)施例一: 參見(jiàn)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(jù)事先設(shè)計(jì)好的支架結(jié)構(gòu)與成形路徑，在60°C ±5°C環(huán)境溫度中通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制，在高壓電場(chǎng)的作用下，在空間的指定位置直寫電紡出具有設(shè)定路徑和三維貫通孔的血管支架。實(shí)施例二:本實(shí)施例與實(shí)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(zhì)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(shí)施例三: 參見(jiàn)圖2，本熔融直寫靜電紡絲制備血管支架的成形系統(tǒng)，應(yīng)用與上述方法包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(1)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(I)通過(guò)以太網(wǎng)與一個(gè)控制器(2)相連，所述控制器(2)分別與一個(gè)高壓電源模塊(3)、一個(gè)微量泵(4)、一個(gè)接收平臺(tái)(8)相連，以分別控制高壓電場(chǎng)大小、供料速度快慢、接收平臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(gè)加熱保溫套(6)以維持材料的熔融態(tài)，實(shí)現(xiàn)材料的按需供應(yīng)。所述控制器(2)為PLC或單片機(jī)或DSP。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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(jù)事先設(shè)計(jì)好的支架結(jié)構(gòu)與成形路徑，在60℃±5℃環(huán)境溫度中通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制，在高壓電場(chǎng)的作用下，在空間的指定位置直寫電紡出具有設(shè)定路徑和三維貫通孔的血管支架。

【技術(shù)特征摘要】
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(jù)事先設(shè)計(jì)好的支架結(jié)構(gòu)與成形路徑，在60°C ±5°C環(huán)境溫度中通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制，在高壓電場(chǎng)的作用下，在空間的指定位置直寫電紡出具有設(shè)定路徑和三維貫通孔的血管支架。2.按照權(quán)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(zhì)的高分子材料。3.按照權(quán)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(quán)利要求1或...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉瑩，于永澤，陳偉華，向科，劉媛媛，胡慶夕，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：