一种即时穿刺透析型纳米纤维人工血管的制作方法

本发明涉及生物医疗器械领域，具体涉及一种即时穿刺透析型纳米纤维人工血管在透析造瘘中的应用。

背景技术：

人工血管的一个常见问题是通过缝合针或透析针穿刺入移植物壁的小孔出血。商业上可用的血管移植物通常由聚对苯二甲酸乙二酯织物或膨体聚四氟乙烯管制成，也使用了生物来源的材料，如人自体大隐静脉血管。用于与这些血管移植物吻合的缝合针通常会导致在手术切口关闭前穿孔出现大量出血。肾功能衰竭患者的透析治疗需要将患者的血液抽出，通过透析机循环，然后返回患者体内。提供必要的血液透析通路的一种常见方法是使用人工血管进行动静脉造瘘，该移植物可由透析针通过长管连接到透析机进行皮下穿刺。透析针在取出时，穿刺部位也可能产生不良出血。

缝合针在吻合过程中，由于缝合针在缝合过程中受到张力的作用，张力通常会导致缝合针在缝合过程中所造成孔的伸长和扩大。缝合孔的出血必须在缝合口闭合之前被堵住。因此，缝合孔出血是增加失血和增加手术时间的原因。人工血管减少缝合出血以及透析穿刺出血在这两个方面都有非常重要的价值。

对于一些急需尽快进行透析的病人而言，人工血管能够在植入后立刻进行血液透析也是临床上迫切需要的。商业化的血管移植目前用于血液透析的管路需在植入体内4-8周成熟后，人工血管周围形成纤维组织，再进行透析穿刺，从而减少穿刺位置大量出血的危险。一种用于透析应用的人工血管，在不影响其他特征的情况下，允许在植入后早期进行穿刺，是血液透析通路领域向前迈出的重要一步。

一种三层结构的eptfe人工血管被用于临床早期透析血管通路，该三层结构中间硅胶层能够对穿刺孔提供快速闭合作用，该血管移植物内层为传统的eptfe材料，中间层为软体弹性硅胶，外层为eptfe材料，硅胶层作为闭合层，当有缝合针或透析针穿刺时，能够快速回弹，弥补eptfe材料无回弹性的缺点，进而减少血液的渗漏，该人工血管公开在美国专利wayne等人在专利us2006/0118236a1中，但是这种多层的结构造成移植血管的外径较粗，顺应性降低，并且对人工血管匹配自体血管修剪时，要避免中间硅胶层外露与血液接触形成急性血栓，增加了临床使用中的难度。同样，在中国专利cn208974736u中，三层结构的eptfe人工血管，内层涂覆有丝素蛋白，但是其抗凝血作用远低于肝素，无法在血管内皮化之间提供良好的抗凝血特性。

对于透析病人而言，植入体内的人工血管应该满足每年2000次以上的透析针的穿刺条件，这就需要植入的人工血管满足一定的长度，尽可能的增加穿刺位点，所以临床上通常使用u型的人工血管进行动静脉造瘘，因此，这就需要人工血管要具有良好的抗弯折性能。

因此，一种能够解决上述问题的人工血管具有非常重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为透析病人提供一种能够即时穿刺的人工血管，在植入体内24-48h后就能满足透析条件，可进行透析穿刺，同时在植入时不需要对人工血管做抗凝血药物预处理，自有的抗凝血涂层能够满足抗血栓、防止内膜增生，进一步满足临床应用。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种即时穿刺透析型纳米纤维人工血管，管壁具有内层、外层和位于内层与外层之间的无孔致密涂层；

所述内层为静电纺丝纳米纤维结构；所述内层的内壁上固定有一层抗凝血涂层；

所述外层为静电纺丝纳米纤维结构；

所述无孔致密涂层内包裹有抗弯折环，所述抗弯折环为具有螺旋结构的螺旋缠绕丝，所述螺旋缠绕丝呈螺旋状缠绕所述内层。

优选地，所述即时穿刺透析型纳米纤维人工血管的内径为2-8毫米。

优选地，所述内层的纳米纤维的厚度100-600微米。所述内层的材料为高分子材料和多氨基聚合物混合材料或单一高分子材料。所述内层是将第一纺丝溶液采用静电纺丝/喷的方法制备成的纳米纤维管。

所述第一纺丝溶液是由质量比(1～9):1的高分子材料和多氨基聚合物或单一高分子材料溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料和多氨基聚合物或单一高分子材料的总质量体积浓度为10～30％。

具体的，所述抗凝血涂层是通过共价接枝的方式将抗凝物质接枝在所述纳米纤维管的内壁上形成。

具体的，所述的无孔致密涂层无孔隙，无分层。

优选地，所述无孔致密涂层的厚度为10-1000微米。所述无孔致密涂层的的材料为高分子材料。所述无孔致密涂层是将喷涂溶液涂覆在所述内层的外表面而形成。

所述喷涂溶液是由高分子材料溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料的质量体积浓度为1～20％。

涂覆的方式有浸渍涂层、包覆涂层、气相沉积、超声雾化喷涂。

优选地，所述螺旋缠绕丝的直径为0.1-1毫米，螺距为1-6毫米，螺旋缠绕丝的长度为40-5000毫米。

具体的，所述螺旋缠绕丝按以下方法制备：将熔融挤出的直径0.1-1毫米的线材缠绕在螺距为1-8毫米的不锈钢螺杆上，在100-200℃高温下使其固定成具有螺旋结构的螺旋缠绕丝。其中线材的材料选自聚氨酯、硅氧烷封端聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、或全氟乙烯丙烯共聚物。

具体的，该人工血管的部分区段具有抗弯折环，形成该人工血管的弯折区域。弯折区域可方便地根据临床需求弯折且不影响血液通畅性，比如用于动静脉造瘘，且不影响血液通畅性。

优选地，所述外层纳米纤维厚度100-500微米。所述外层的的材料为高分子材料。所述外层是将第二纺丝溶液采用静电纺丝/喷的方法在所述无孔致密涂层的外表面制成的静电纺丝纳米纤维结构。

所述第二纺丝溶液是由高分子材料溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料的质量体积浓度为1～20％。

本发明提供的人工血管，内层纳米纤维用两种不同的聚合物制造，无孔致密层(中层)由一种的聚合物制造，外层纳米纤维由一种的聚合物制造，无孔致密层中包裹有抗弯折环。

本发明的目的是提供一种即时穿刺透析型纳米纤维人工血管的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)将第一纺丝溶液采用静电纺丝/喷的方法，制备成厚度0.1-1.2毫米的纳米纤维管(定义为内层)；

所述第一纺丝溶液是由质量比(1～9):1的高分子材料和多氨基聚合物或单一高分子材料溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料和多氨基聚合物或单一高分子材料的总质量体积浓度为10～30％；

(2)将喷涂溶液涂覆在所述纳米纤维管的外表面，形成厚度为0.01-10毫米的无孔致密涂层；通过螺旋缠绕装置，将抗弯折环缠绕在涂覆了无孔致密涂层的纳米纤维管的外壁，并继续涂覆所述喷涂溶液以包裹和固定抗弯折环，得具有抗弯折环的纳米纤维管；

所述喷涂溶液是由高分子材料溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料的质量体积浓度为1～20％；

所述抗弯折环的制备方法为：将熔融挤出的直径0.1-1毫米的线材缠绕在螺距为1-8毫米的不锈钢螺杆上，在100-200℃高温下使其固定成具有螺旋结构的螺旋缠绕丝，即得到抗弯折环；所述螺旋缠绕丝的长度为40-500毫米；

(3)将第二纺丝溶液采用静电纺丝/喷的方法，在所述具有抗弯折环的纳米纤维管的外表面制备一层厚度0.1-0.5毫米的纳米纤维层(定义为外层)；所述第二纺丝溶液是由高分子材料溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料的质量体积浓度为10～30％；

(4)通过共价接枝的方式将抗凝物质接枝在所述纳米纤维管的内壁，形成抗凝血涂层。

所述步骤(1)、(2)、(3)中静电纺丝合成高分子材料包括但不限于聚氨酯(芳香族、脂肪族等)、硅氧烷封端聚碳酸酯(脂肪族、芳香族)、尼龙、聚四氟乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯、聚己内酯；所述天然高分子材料包括壳聚糖、胶原、丝素蛋白、纤维素；

所述步骤(3)中的多氨基聚合物包括但不限于聚多巴胺、多臂氨基封端聚乙二醇、聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、聚酰氯胺；

所述步骤(1)、(2)、(3)中有机溶剂选自六氟异丙醇、丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、甲苯、n,n-二甲基甲酰胺中的一种或几种；

所述步骤(6)中抗弯折环的材料包括但不限于聚氨酯(芳香族、脂肪族等)、硅氧烷封端聚碳酸酯(脂肪族、芳香族)、聚对苯二甲酸乙二酯(pet)、全氟乙烯丙烯共聚物(fep)。

所述步骤(4)、(6)中静电纺丝条件为推进泵速率0.5-5ml/h，电压-3.00kv～+20kv，平台移动速度10-100mm/s，平台加减速时间100-9000mms，环境温度20-40℃，相对湿度10-70％。

所述步骤(6)中的涂覆工艺包括但不限于浸渍涂层、包覆涂层、气相沉积、超声雾化喷涂。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

(1)本发明提供的一种即时穿刺型纳米纤维人工血管，采用静电纺丝制备的人工血管的内壁和外壁为纳米纤维，能够充分的模拟天然细胞外基质结构，为细胞的生长、粘附、迁移提供良好的环境，并且较高的孔隙率有利于营养物质的交换；纳米纤维较大的比表面积，能够增加抗凝物质的载药量，并具有良好的弹性和顺应性。

(2)本发明提供的一种即时穿刺型纳米纤维人工血管，在外层和内层之间设置了一无孔致密层，无孔致密层的涂覆增强了人工血管的防渗漏效果以及提升了力学性能的提升。该致密层具有较高的弹性，当该人工血管被穿刺针或缝合针穿刺时，能够防止血液的渗漏，随着将针取出，穿刺孔位置能够自动愈合，缩短止血时间，减少穿刺位置血栓形成，延长使用时间。

(3)本发明提供的一种即时穿刺型纳米纤维人工血管，在无孔致密涂层中包裹有抗弯折环，抗弯折环是具有螺旋结构的螺旋缠绕丝，沿人工血管的长度方向呈螺旋状缠绕于内层上而形成，增加了人工血管的抗弯折性。抗弯折环能使螺旋结构形成的弯折区域的管径与未弯折区域的管径保持一致，提高血液通畅性。尤其是对于普通人造血管的弯折区域，因自身拉伸而导致穿刺孔易渗漏，而本发明通过抗弯折环增加弯折区域的弹性形变性能，抗弯折环配合无孔致密层能使弯折区域的穿刺孔迅速自动愈合，有效防止弯折区域穿刺孔的渗漏。

(4)本发明提供的一种即时穿刺型纳米纤维人工血管，乙醇浸泡并且高温处理，使外层纤维更加紧实，且能够经受住较强的机械摩擦力。

(5)本发明提供的一种即时穿刺型纳米纤维人工血管，血管内壁通过共价接枝的方法将抗凝物质接枝到内表面，相比较物理沉积、离子键的方法，本发明的结合更加牢固，在人工血管形成内皮化之前，能够发挥抗凝血特性，减少血栓和狭窄形成，延长人工血管的使用时间。

(6)本发明提供的一种即时穿刺型纳米纤维人工血管，优选作为血管移植物，更优选用于肾透析的血管移植物。

附图说明

图1为实施例1中人工血管的内壁层次结构示意图，主要显示内层、无孔致密涂层和外层三层结构。

图2为人工血管的外形结构示意图，主要显示弯折区域内抗弯折环的螺旋结构和弯折形态。

图3为基于羧基与氨基反应的共价键合的抗凝血涂层结构示意图。

图4为基于醛基与氨基反应的共价键合的抗凝血涂层结构示意图。

图5a为本发明的纳米纤维人工血管在穿刺部位实现了自愈合的电子扫描图。

图5b为实施例5中市售的膨体聚四氟乙烯的血管在穿刺部位无法愈合的的电子扫描图。

附图中符号标记说明:

1为内层；

101为抗凝血涂层；

2为无孔致密涂层；

201为抗弯折环；

3为外层。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～4所示，为一种即时穿刺透析型纳米纤维人工血管，管壁具有内层1、外层3和位于内层1与外层3之间的无孔致密涂层2。其中，内层1为静电纺丝纳米纤维结构，该内层1的内壁上固定有一层抗凝血涂层101；外层3为静电纺丝纳米纤维结构；无孔致密涂层2内包裹有抗弯折环201，抗弯折环201为具有螺旋结构的螺旋缠绕丝，该螺旋缠绕丝呈螺旋状缠绕内层1。

该人工血管的内径优选为4-6毫米。

该人工血管的内层1的纳米纤维的厚度优选为100-600微米。内层1的材料可以为高分子材料和多氨基聚合物。内层1是将第一纺丝溶液采用静电纺丝/喷的方法制备成的纳米纤维管。第一纺丝溶液是由质量比(1～9):1的高分子材料和多氨基聚合物溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料和多氨基聚合物的总质量体积浓度为10～30％。

该人工血管的抗凝血涂层101是通过共价接枝的方式将抗凝物质接枝在内层1内壁上形成。

该人工血管的无孔致密涂层2的厚度优选为10-1000微米。无孔致密涂层2的材料为高分子材料。无孔致密涂层2是将喷涂溶液涂覆在内层1的外表面而形成。喷涂溶液是由高分子材料溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料的质量体积浓度为1～20％。

该螺旋缠绕丝的直径优选为0.1-1毫米，螺距优选为1-6毫米，螺旋缠绕丝的长度优选为40-5000毫米。该人工血管的部分区段具有抗弯折环，形成该人工血管的弯折区域，如图2所示，中间部分具有抗弯折环201的区域为弯折区域。弯折区域可方便地根据临床需求弯折且不影响血液通畅性，比如用于动静脉造瘘，且不影响血液通畅性。

该外层3的纳米纤维厚度优选为100-500微米。外层3的材料为高分子材料。外层3是将第二纺丝溶液采用静电纺丝/喷的方法在无孔致密涂层2的外表面制成的静电纺丝纳米纤维结构。第二纺丝溶液是由高分子材料溶解在有机溶剂中配制而成，高分子材料的质量体积浓度为1～20％。

实施例2

本实施例描述人工血管的构造及制造方法。

将聚氨酯14.4克，四臂氨基聚乙二醇1.6克溶于100毫升n,n-二甲基甲酰胺溶液作为内层静电纺丝/喷溶液。将聚氨酯16克溶于100毫升n，n-二甲基甲酰胺和甲苯1:1溶液作为外层静电纺丝/喷溶液。将聚氨酯10克溶于100毫升二氯甲烷作为致密层喷涂溶液。

通过静电纺丝的方法使用内层静电纺丝/喷溶液制作厚度为600微米的纳米纤维层作为内层，通过超声雾化喷涂工艺涂覆一层40微米厚度的致密涂层，然后通过卷绕装置将线径为0.3毫米，螺距4毫米的抗弯折环固定在致密涂层表面，再涂覆10微米厚度的喷涂溶液将抗弯折环固定。通过静电纺丝的方法使用外层静电纺丝/喷溶液在致密涂层的外表面制作厚度为150微米的外层。其结构形态如图1所示。抗弯折程度如图2所示。

实施例3

基于实施例2所示制备人工血管的方法，将聚氨酯14.4克，聚乙烯亚胺1.6克溶于100毫升n,n-二甲基甲酰胺溶液作为内层静电纺丝/喷溶液。将聚氨酯20克溶于100毫升n，n-二甲基甲酰胺和甲苯1:1溶液作为外层静电纺丝/喷溶液。将聚氨酯10克溶于100毫升二氯甲烷作为致密层溶液。

通过静电纺丝的方法使用内层静电纺丝/喷溶液制作内层厚度为600微米的纳米纤维层作为内层，通过超声雾化喷涂工艺涂覆一层40微米厚度的致密涂层，然后通过卷绕装置将线径为0.3毫米，螺距4毫米的抗弯折环固定在致密涂层表面，再涂覆10微米厚度的喷涂溶液将抗弯折环包覆固定。通过静电纺丝的方法使用外层静电纺丝/喷溶液在致密涂层的外表面制作厚度为150微米的外层。

得到的人工血管用0.5％戊二醛溶液交联30分钟，去离子水清洗20分钟。在-70℃冷冻干燥24小时，制成内层含有氨基的纳米纤维人工血管。

实施例4

制备基于实施例2的肝素涂层的纳米纤维人工血管

将0.2克mes溶于20毫升去离子水配制成mes缓冲液，依次加入0.2克edc，0.26克nhs，0.66克肝素，避光，37℃恒温处理15分钟。将实施例2中的人工血管浸润后，浸泡于上述肝素缓冲液中，37℃下反应24小时，取出后用去离子水清洗三次，-70℃冷冻干燥24小时，制成肝素涂层的纳米纤维人工血管。涂层结构如图3所示。

实施例5

制备基于实施例3的肝素涂层纳米纤维人工血管

将5克肝素溶于100ml6％的醋酸溶液，加入0.2克亚硝酸钠，调节ph＝2-4，25℃水浴加热，反应2-4h，再调节ph＝8-10中止反应，3500mwco透析袋透析48h，冷冻干燥，得到粉末状醛基化肝素。将实施例3中得到的纳米纤维人工血管浸入ph＝8-10，0.5％聚乙烯亚胺水溶液15分钟，再用ph＝8-10的去离子水冲洗30分钟，继续浸入0.05％，ph＝8-10的戊二醛溶液15分钟，然后再浸入0.5％，ph＝9.6的聚乙烯亚胺溶液15分钟，取出后ph＝9.6的去离子水冲洗15分钟。浸入ph＝8-10的氰基硼氢化钠溶液浸泡15分钟，去离子水冲洗30分钟。将上述步骤再重复处理一次。将处理后的材料浸入ph＝2-4的硫酸葡聚糖溶液，60℃恒温处理90分钟，然后去离子水冲洗三次，再浸入0.5％，ph＝8-10的聚乙烯亚胺处理45分钟，再用去离子水冲洗20分钟。将处理后的管子浸入醛基化肝素溶液，40-60℃处理2h，然后加入少量ph＝3-4的氰基硼氢化钠溶液，去离子水冲洗，将醛基化肝素共价接枝到纳米纤维人工血管内层，-70℃冷冻干燥24小时，制成肝素涂层的纳米纤维人工血管。环氧乙烷灭菌保存。涂层结构如图4所示。

实施例6

基于实施例2制备的纳米纤维人工血管和膨体聚四氟乙烯血管体外穿刺实验

将实施例2制备的纳米纤维人工血管和市售的膨体聚四氟乙烯血管用16号穿刺针进行反复穿刺，并通过电子扫描纤维镜管穿刺孔的形貌。如图5a，5b所示。图5a显示，本发明的纳米纤维人工血管在穿刺部位实现了自愈合；图5b显示市售的膨体聚四氟乙烯的血管表面留下无法愈合的穿刺孔。由此可以推断在植入后，纳米纤维人工血管可以减少穿刺部位的出血情况。

综上所述，上述各实施例仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，皆应包含在本发明的保护范围内。