专利名称：一种复合结构人造血管及其动态制备方法
技术领域：
本发明属于人造血管及其制备领域，特别涉及ー种复合结构人造血管及其动态制备方法。
背景技术：
目前大口径血管移植物在临床应用中已经取得了较好的效果，但普通小口径人造血管几乎没有抗血栓性。我国知识产权系统显示，目前已有知识产权项目通过对血管内壁进行表面修饰的方法减少血栓的形成，如专利申请号为200610166568. 6的《一种织物增强的复合人造血 管》中提出由抗凝血层、织物增强层和弾性粘结层组成的复合人造血管，在一定程度上提高了人造血管通畅率；但织物增强层与抗凝血层之间需要弾性粘结层连接，致使管壁较厚，不利于应用在小口径人造血管上，且其结构复杂，制备困难，涂层量不可控。常见的医用人造血管材料一般为疏水性材料表面自由能高，材料本身易与血浆蛋白发生相互作用，形成附壁血栓。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种复合结构人造血管及其制备方法，该人造血管的内径可以< 6mm，血管径向轴向的强伸性能好、管壁更薄更符合小口径血管的要求；该制备方法简单，涂层与管坯之间的粘附カ好，不易剥离。本发明的ー种复合结构人造血管，该人造血管包括纺织基的管坯和纳米纤维素涂层，所述管坯的内径可以小于或等于6mm。所述管坯的管壁结构为机织、针织、编织或非织造，其孔隙较大且结构稳定。所述管坯的材料为具有生物相容性的医用非降解高分子纤维材料。本发明的ー种复合结构人造血管的制备方法，包括通过机织、针织、编织或针刺、水刺法等非织造技术得到人造血管的管坯，然后将所述的管坯置于细菌纤维素生物反应器中，用支架穿过管坯，支架与管坯之间留有空隙，高温灭菌后，在反应器中倒入无菌的发酵培养基、接入细菌纤维素生产菌种子液，动态培养
1-7天后在管坯内外表面涂覆ー层纳米纤维素膜，即得复合结构人造血管。所述的细菌纤维素生物反应器中，管坯随着转盘的转动而转动，如图I所示。所述的细菌纤维素生物反应器中，管坯上下运动，如图2所示。所述的支架为棒状支架。所述的细菌纤维素生产菌为醋酸菌属(Acetobacter sp.)、葡萄糖酸杆菌属(Gluconobacter sp·)、葡糖酸醋杆菌属(Gluconacetobacter sp·)、葡萄糖氧化杆菌(Gluconobacter oxydans)、根瘤菌属(Rhizobium sp.)、八叠球菌属(Sarcina sp.)、假单胞菌属(Pseudomounas sp.)、无色杆菌属(Achromobacter sp.)、产喊菌属(Alcaligenessp.)、气杆菌属(Aerobacter sp.)、固氣菌属(Azotobacter sp.)、土壤杆菌属(Agrobacterium sp.)、洋葱假单胞菌(Seudomonas cepacia)、空肠弯曲菌(Campylobacterjejuni)、木醋杆菌(Acetobacter xylinum)或红茶菌(kombucha)。本发明的设计方案I)材料依据使用要求，管坯的材料使用具有生物相容性的医用非降解高分子纤维材料。纳米纤维素涂层使用细菌发酵得到的纳米纤维素。2)管坯结构设计管坯的管壁采取机织、针织、编织或非织造结构，通过采用比较合适的纱线排列和 配比、再加上与之相对应的加工方式，实现一种人造血管管壁上带有较大孔隙但结构稳定的织物结构。3.)纳米纤维素覆膜基本技术路线如下将管坯置于细菌纤维素生物反应器(如图I和图2所示)中，用棒状支架穿过管坯，棒状支架与管坯之间留有空隙，高温灭菌后，在反应器中倒入无菌的发酵培养基，接入细菌纤维素生产菌种子液，置于一定温度下动态培养一定时间后在管还内外表面涂覆一层纳米纤维素膜。本发明将纺织基的管坯浸在培养液中，细菌产生的纳米纤维素在纺织基管坯上以贯穿结构生长形成纤维素涂层，最终形成细菌纤维素涂层的人造血管。纳米细菌纤维素在纺织基管坯上直接生长，形成贯穿结构的涂层，克服了上述小口径血管结构复杂、制备困难的问题；管坯为单层纺织基，且为了满足纳米细菌纤维素涂层要求，管坯具有大孔隙和结构稳定的性能，得到的小血管管壁更薄；纳米细菌纤维素涂层是由细菌分泌，以贯穿的形式生长粘附到纺织基管坯上，可通过控制生长时间、生长条件等控制其生长的量和方向，所以涂层量可控且涂层更均匀；纳米纤维素涂层具有较高的生物相容性和优异的生物力学性能，且为亲水性材料表面自由能低，材料本身不易与血浆蛋白发生相互作用，防止附壁血栓形成，提高了小口径人造血管的通畅率。有益效果(I)本发明的管坯为单层纺织基，具有大孔隙和结构稳定的性能，得到的小血管径向轴向的强伸性能好、管壁更薄更符合小口径血管的要求；(2)纳米细菌纤维素在纺织基管坯上直接生长，形成贯穿结构的涂层，结构简单、制备容易，涂层与管坯之间的粘附力好，不易剥离；(3)纳米细菌纤维素涂层是由纤维素细菌分泌，以贯穿的形式生长粘附到纺织基管坯上，可通过控制生长时间、生长条件等控制其生长的量和方向，所以涂层量和均匀性人为可控；(4)纳米细菌纤维素涂层具有较高的生物相容性和优异的生物力学性能，且为亲水性材料表面自由能低，材料本身不易与血浆蛋白发生相互作用，有效防止附壁血栓形成。(5)纳米纤维素涂层的人造血管管壁密闭性好，不需要预凝血，后整理工序可以适当简化。
图I为本发明所用的细菌纤维素生物反应器的装置示意图(管坯转动);图2为本发明所用的细菌纤维素生物反应器的装置示意图(管坯上下运动)；图3为实施例I中粘胶纤维管坯涂覆纳米纤维素的扫描电镜照片；图4为实施例I中纱罗组织的管状组织的组织图；图5为实施例I中纤维素涂层的管壁；图6为实施例2中纬平针组织的组织图；其中I-管坯，2-支架(棒状)，3-转盘，4-培养基液面，5-水浴，6_地经，7_绞经，8-纬纱，9-细菌纤维素涂层。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进ー步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明不限于图I或图2所示的转动或上下运动的细菌纤维素生物反应器，动态培养的细菌纤维素生物反应器均可。实施例I管坯的材料采用50D/12f的粘胶有光丝；经纬纱结构为三股合编；管坯组织采用基础组织为纱罗组织的管状组织(如图5所示由地经6、绞经7和纬纱8编织而成)。织物參数经密*纟韦密(根/IOcm)为400*100,折径(mm)为10,总经根数(根)为40。织造组织图见图4。选择木醋杆菌发酵的纤维素对管坯进行涂层。在生物反应器(图I和2)中发酵培养1-7天，最終制得细菌纤维素涂层的小口径人造血管。发酵培养エ艺(I)菌种培养将木醋杆菌(Acetobacter xyIinum)接入300mL液体培养基(姆1し水中，甘露醇2(^、蛋白胨38、酵母浸膏58，？!13.0，121で灭菌20min ;或葡萄糖200g，酵母浸膏5g，胰蛋白胨5g，柠檬酸115g, Na2HPO4 2. 7g，水1L，ρΗ7· 5，121 °C灭菌20min)扩培，于20°CU00r/min条件下摇床培养或者静置培养12h后备用；(2)细菌纤维素复合人造血管的发酵制备将步骤(I)制备的含生产菌株的液体培养基转移到配备有固定了管还材料的生物反应器中，然后管还以5-60rpm的转速旋转(图I)或上下运动(图2)进行扰动培养，于30°C水浴5中动态培养1-7天后，即可得在管坯内外表面涂覆纳米细菌纤维素的人造血管，材料的SEM照片见图3。实施例2管坯的材料采用50D/12f的粘胶有光丝；纱线结构为三股合编；组织采用基础组织为纬平针组织的针织管状组织。织物參数经密*纬密(个/5cm)为35*55,针筒直径(mm)为 6。织造组织图见图6。选择葡萄糖氧化杆菌(Gluconobacter oxydans)发酵的纤维素对管坯进行涂层。在生物反应器(图I和2)中发酵培养1-7天，最終制得细菌纤维素涂层的小口径人造血管。涂覆纳米纤维素的人造血管材料的电镜照片与图3结果类似。发酵培养エ艺
(I)菌种培养将葡萄糖氧化杆菌(Gluconobacter oxydans)接入300mL液体培养基(每IL水中，甘露醇20g、蛋白胨3g、酵母浸膏5g，pH3. 0，121°C灭菌20min ;或葡萄糖200g，酵母浸膏 5g，胰蛋白胨 5g，柠檬酸 115g，Na2HPO4 2. 7g，水 1L，pH7. 5，121 °C灭菌20min)扩培，于20°C、100r/min条件下摇床培养或者静置培养12h后备用；(2)细菌纤维素复合人造血管的发酵制备将步骤(I)制备的含生产菌株的液体培养基转移到配备有固定了管还材料的生物反应器中，然后管还以5-60rpm的转速旋转(图I)或上下运动(图2)进行扰动培养，于30°C水浴5中动态培养1-7天后，即可得在管坯内外表面涂覆纳米细菌纤维素的人造血管。实施例3
管坯的纱线采用50D/12f的粘胶有光丝；组织采用基础组织为绳编管状组织。织物参数纱管个数为32,芯筒直径(mm)为6。选择红茶菌(kombucha)发酵的纤维素对管坯进行涂层。在生物反应器(图I和
2)中发酵培养1-7天，最终制得细菌纤维素涂层的小口径人造血管。涂覆纳米纤维素的人造血管材料的电镜照片与图3结果类似。发酵培养工艺(I)菌种培养将红茶菌(kombucha)按接入5片直径0. 5cm圆片含菌BC膜的接种量接入300mL液体种子培养基(每IL水中，绿茶5g，葡萄糖10、蛋白胨3g、酵母浸膏5g，pH3. 0,巴氏灭菌30min ;每IL水中，葡萄糖100g、蛋白胨3g、酵母浸膏5g,pH7. 5,121°C灭菌20min)扩培，于25°C、150r/min条件下摇床培养或者静置培养24h后备用；(2)细菌纤维素复合人造血管的发酵制备将步骤(I)制备的含生产菌株的液体培养基转移到配备有固定了管还材料的生物反应器中，然后管还以5-60rpm的转速旋转(图I)或上下运动(图2)进行扰动培养，于30°C水浴5中动态培养1-7天后，即可得在管坯内外表面涂覆纳米细菌纤维素的人造血管。
权利要求
1.一种复合结构人造血管，该人造血管包括纺织基的管坯(I)和纳米纤维素涂层(9)。
2.根据权利要求I所述的一种复合结构人造血管，其特征在于所述管坯(I)的管壁结构为机织、针织、编织或非织造。
3.根据权利要求I所述的一种复合结构人造血管，其特征在于所述管坯(I)的材料为具有生物相容性的医用高分子纤维材料。
4.一种复合结构人造血管的制备方法，包括 通过机织、针织、编织或非织造得到人造血管的管坯(I)，然后将所述的管坯置于细菌纤维素生物反应器中，用支架(2)穿过管坯(1)，支架(2)与管坯(I)之间留有空隙，高温灭 菌后，在反应器中倒入无菌的发酵培养基、接入细菌纤维素生产菌种子液，动态培养1-7天后在管坯内外表面涂覆一层纳米纤维素膜，即得。
5.根据权利要求4所述的一种复合结构人造血管的制备方法，其特征在于所述的细菌纤维素生物反应器中，管坯(I)随着转盘(3)的转动而转动。
6.根据权利要求4所述的一种复合结构小口径人造血管的制备方法，其特征在于所述的细菌纤维素生物反应器中，管坯(I)上下运动。
7.根据权利要求4所述的一种复合结构人造血管的制备方法，其特征在于所述的支架(2)为棒状或管状支架。
8.根据权利要求4所述的一种复合结构人造血管的制备方法，其特征在于所述的细菌纤维素生产菌为醋酸菌属(Acetobacter sp.)、葡萄糖酸杆菌属(Gluconobacter sp.)、葡糖酸醋杆菌属(Gluconacetobacter sp.)、葡萄糖氧化杆菌(Gluconobacter oxydans)、根瘤菌属(Rhizobium sp.)、八叠球菌属(Sarcina sp.)、假单胞菌属(Pseudomounas sp.)、无色杆菌属(Achromobacter sp.)、产喊菌属(Alcaligenes sp.)、气杆菌属(Aerobactersp.)、固氮菌属(Azotobacter sp. )、土壤杆菌属(Agrobacterium sp.)、洋葱假单胞菌(Seudomonas cepacia)、空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)、木醋杆菌(AcetobacterxyIinum)或红茶菌(kombucha)。
全文摘要
本发明涉及一种复合结构人造血管及其动态制备方法，该人造血管包括纺织基的管坯(1)和纳米纤维素涂层(9)；制备方法包括通过机织、针织、编织或水刺等非织造技术得到人造血管的管坯(1)，然后将所述的管坯置于细菌纤维素生物反应器中，用支架(2)穿过管坯(1)，支架(2)与管坯(1)之间留有空隙，高温灭菌后，在反应器中倒入无菌的发酵培养基、接入细菌纤维素生产菌种子液，动态培养后在管坯内外表面涂覆一层纳米纤维素膜，即得。本发明的小血管径向轴向的强伸性能好、管壁薄符合小口径血管的要求，管壁密闭性好，不需要预凝血；本发明的制备方法简单，纳米细菌纤维素涂层生物相容性和生物力学性能好。
文档编号A61F2/06GK102641161SQ20121012109
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者唐水佳, 李毓陵, 洪枫, 王聪 申请人:东华大学