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1、静电纺丝法构建PU/胶原蛋白双层人工血管摘要：随着组织工程发展，通过静电纺丝技术构建既具有生物相容性又有合适机械性能的小口径血管成为研究热点。本论文通过复合静电纺丝技术构建双层聚氨酯(PU)/胶原蛋白的具有良好生物相容性的小口径血管支架。复合管状支架内层由胶原蛋白纳米纤维组成，胶原蛋白内层通过戊二醛蒸汽交联。力学性能测试证明弹性PU外层能够提高支架的柔韧性同时降低胶原蛋白内层的刚性，胶原蛋白的纳米纤维支架能够支持内皮细胞的黏附与增殖，血小板黏附实验和溶血实验证明支架具有很好的血液相容性。关键词：静电纺丝PU胶原蛋白戊二醛生物相容性Construction of the PU/collagena
2、rtificial bloodvessels via electrospinningAbstract：With the development of tissue engineering, the electrostatic spinning technology establish both biocompatibility and suitable mechanical properties of small blood vessels become a research hotspot.We establish a biocompatible and PU/collagen artifi
3、cial blood vesselsthrough the electrostatic spinning technology.Theendothecium is compose of Collagen nanofibers,the inner scaffolds is crosslinked by Glutaraldehyde.Mechanics Performance Testingtestify thatPU can enhance the flexibility of stent and at the same time reduce the collagen of the inner
4、 rigidity.Collagen nano fiber scaffold can support the adhesion and proliferation of endothelial cells and the platelet adhesiveness test and hemolytic testConfirm that it have good blood compatibility.Key words：electrospinning PUcollagenGlutaraldehydebiocompatibility前言当今世界，心脑血管疾病已成为人类死亡的头号杀手，每年有三分之
5、一的成年人死于心血管疾病。美国心脏协会的研究报告显示，2003年有100万人因心血管疾病死亡，同时接近400万人患有不同类型的心血管疾病。另有统计显示，全世界每年大约要实施85万例血管重建手术。而基于全球的老龄化，人工血管移植显得极为重要Barron V, Lyons E, Stensoncox C. Bioreactors for cardiovascular cell and tissue growth J.ClinBiochem, 2003(31):10171030.。目前应用各种材料的人工血管在重建大、中动脉中取得了良好的临床疗效。但是对于冠状血管等小口径血管的替换仍存在困难，人造小口
6、径血管需要足够的力学性能和抗凝血性能才能成功的植入人体Thomas A C, Cambell G R, Campbell J H. Advances in vascular tissue engineering J. CardiovascPathol, 2003(12):271276.。目前，制备多孔支架有多种方法，主要包括纤维粘结法、气体发泡法、相分离法、快速成型技术以及静电纺丝法等。其中，静电纺丝得到的血管支架有其独特的优势，表现在:1)其结构是由取向不同的纳米级纤维堆放而成，有助于细胞的附着和增长。(2)通过控制改变聚合物组成和电纺过程参数来满足人工血管的形态和机械力学性能上的各种要求。
7、(3)静电纺丝制备的导管支架比普通大直径纤维所形成的导管支架具有更好的力学性能。静电纺丝，简称电纺，是用高压电源将一种极性电荷引入高聚物溶液或熔体中，根据静电纺丝仪产生的强大的电场力，将装载的聚合物熔体或溶液喷射出来，随着溶液与收集器所带的异性电荷之间的静电引力以及溶液内同种电荷的静电斥力作用的增强，溶液前端的液面将由圆形星月面变成圆锥。当电场强度超过液面表面张力时，会从Taylor锥喷射出纤维。纤维穿过周围环境，预冷溶剂蒸发，固体聚合物在收集器上沉积，形成纳米纤维结构。静电纺丝装置通常由三部分组成：高压电源，喷射装置，接收装置。而人工血管的制备是以高速转动的转轴为接收器，图1Hasan A.
8、 Electrospun scaffolds for tissue engineering of vascular graftsJ. ActaBiomaterialia, 2014(10):1125.。射流固化是指射流在电场力作用下，溶剂迅速挥发固化的过程。射流在电场中各个时间段的运动形态不同，因此接收到的纤维物质状态也各异，图2Baumgarten, PK. electrostatic spinning of acrylic microfibersJ. sci, 1971(36):7179.。目前，静电纺丝已用于几十种不同的高分子，包括大品种采用传统化纤生产的合成纤维，如对苯二甲酸乙二酯、尼
9、龙、聚乙烯醇等半结晶高分子进行电纺，也包括聚氨酯弹性体的电纺，还有液晶态的刚性高分子聚苯胺等的电纺。目前静电纺丝纤维主要是以在收集版负极上沉积的无纺布的形式制得，其中单纤维的直径可以随加工条件而变化，也可以根据实际纺丝要求和需要调整接收装置的形状，如转筒、转轴等。静电纺丝材料的一个重要的应用方向是生物医学领域。将具有良好生物相容性的材料通过静电纺丝加工成具有特殊潮汐纤维结构的组织工程支架是目前组织工程研究的一个热点。 50年以来，聚氨酯（PU）弹性体开始营养与医用材料。聚氨酯弹性体具有优异的韧性、耐磨性能、软触感以及优异的耐湿气及耐多种化学品性能，其生物相容性和血液相容性也很好，易于加工，能采
10、用通常的方法灭菌，甚至暴露在伽马射线下其性能也无变化，可适合于所需的医疗环境。因而在医学上，特别是在制造植入人体的各种医疗用品方面有着广泛的用途，应用领域包括人工心脏瓣膜、人工肺、骨粘合剂、人工皮肤与烧伤敷料、起搏器导线、缝线、导液管、人工血管、气管、齿科材料、计划生育用品等。图1图2 不同时间静电纺丝射流运动图由于聚氨酯是一种弹性良好的高分子材料，小径微孔聚氨酯血管具有良好的水渗透性、血液相容性、与天然血管相匹配的顺应性，可以大大减少心内膜增生，此外，合理的孔径和孔隙率的三维设计能增强内皮细胞在支架上的粘附、生长和铺展。胶原蛋白是一种生物高分子，是动物结缔组织中的主要成分，也是哺乳动物体内含
11、量最多、分布最广的功能性蛋白，占蛋白质总量的25%30%。与组织的形成、成熟、细胞间信息的传递，以及关节润滑、伤口愈合、钙化作用、血液凝固和衰老等有着密切的关系。胶原蛋白有优异的生物相容性，因此在医用海绵、创伤敷料、组织工程等方面有着极为广泛的应用王淑芳, 郑文婷, 孔德领. 体内组织工程构建小口径人工血管的研究进展J. 中国材料进展, 2012(9).。该类生物材料相容性好，有利于细胞粘附增殖和分化。胶原蛋白作为医学材料具有以下优点：1）低免疫原性。胶原作为医用生物材料，最重要的特点在于其低免疫原性。胶原有三种类型的抗原分子，第一类是胶原肽链非螺旋的端肽，第二类是胶原的三股螺旋的构象，第三类
12、是a一链螺旋区的氨基酸顺序。其中第二类抗原因子仅存在于天然胶原分子中，第三类只出现在变性胶原中，而第一类抗原因子在天然和变性胶原中均存在。（2）生物相容性。生物相容性是指胶原与宿主细胞及组织之间良好的相互作用。无论是在被吸收前作为新组织的骨架，还是被吸收同化进入宿主成为宿主的一部分，都与细胞周围的基质有着良好的相互作用，表现出相互影响的协调性，并成为细胞与组织正常生理功能整体的一部分。（3）生物可降解性。胶原能被特定的蛋白酶降解，即生物降解性。因胶原具有紧密牢固的螺旋结构，所以绝大多数蛋白酶只能切断其侧链，只有特定的蛋白酶在特定的条件下才能降解胶原蛋白，胶原肽键才会断裂。胶原的肽键一旦断裂，其
13、螺旋结构随即被破坏。断裂的胶原多肽就被蛋白酶彻底水解。材料和方法PU（聚氨酯）、胶原蛋白、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、戊二醛8%的胶原蛋白取自小牛骨，与异丙醇1:1混合，用的电压为15V，喷丝口和接收器的距离为12cm，接收棒的直径为3mm，转速为300rpm；以25%的戊二醛蒸汽作为交联物；将一定量的PU溶于四氢呋喃：二甲基甲酰胺=1：1溶液中，配制一系列混合溶液，调节溶液浓度、静电压及溶液流速，固定喷丝口与接受转鼓间距离为 13 cm，在室温(25 oC)下通过静电纺丝制备外层PU纤维膜电纺膜60S 40mA喷金后在 SEM下观察其微观形貌，测量纤维直径并计算平均直径及直径分布，将电纺混合溶液
14、滴到载玻片上，加盖玻片，置于光学显微镜下观察，放大倍数为400每60个纤维作为一个观察组。加速电压为10KV。对电纺结果进行力学分析。把被测样品剪切成50mm*10mm的单位条带，用0.50 kPa的压力检测，标准测量长度为25mm，速度为100 mm/min。将所得的双层人工血管进行细胞培养。在37oC 5%CO2进行平滑肌细胞培养，两天传一次代。讨论在聚氨酯的静电纺丝过程，溶剂对纤维的形成有着较为关键的影响。若将DMF和THF进行不同比例的混合，能改善珠丝现象，有利于纤维的形成，THF含量在75%以上时，容易形成直径较大、不均匀的纤维，且有粘联现象。当聚氨酯浓度在10%以下时，容易形成珠丝现象；聚氨酯浓度为12%时，能够获得理想围观结构的聚氨酯纤维；当聚氨酯浓度在14%以上时，溶液粘度过大，电导率过低，虽然也能获得纤维结构，但是纤维的直径粗细不均匀，有粘联现象，微观结构不理想。参考文献
