专利名称：一种具有三维结构和各向异性的心脏支架及其制备方法
技术领域：
本发明涉及心脏纳米纤维支架及其制备方法，更具体地，是一种具有三维结构和各向异性的心脏支架及其制备方法。
背景技术：
组织工程是一个迅速发展的领域，它依托于组织培养和材料科学的不断进步，并将两者进行了融合。组织工程目的是制造器官特异性的组织结构来进行再生医学，如可植入的组织和器官。心脏组织的重要特点是其高度发达的结构和功能的多样性，其完美的功能协调能使心肌细胞能作为一个泵，但这也增加了心脏组织工程策略的复杂性。培养单层心肌细胞是再生医学的一种基本方法。通过培养有序的各向异性细胞单层来试图模仿自然心肌的复杂性。通过微蚀刻或微槽或胶原蛋白的帮助来确保细胞与基底对齐，精确有序的纤维连接蛋白。通过这种方式，有序的心脏单层结构是由支持细胞生长的固体基底的形貌决定的。要恢复受损心肌的收缩能力，植入的组织结构应具备足够的收缩力和机械强度。显然，固体基板为基础的心肌细胞单层膜不能完全满足这些要求。当嵌入在三维环境时，我们希望细胞形成高度有序的结构，存在细胞内接触和细胞外基质(ECM)。在组织工程中，ECM的作用由满足某些要求的支架系统来替代，它必须有生物相容性，生物可降解性，良好的机械性能。作为心脏组织的ECM，它必须能保证具有收缩功能的细胞没有阻抗。以静电纺丝纳米纤维为基础的支架系统来进行细胞排列取得了良好的效果。他可以通过多种模具的改变来支持引导细胞，包括心脏神经，血管和心肌细胞。纳米纤维支架通常以垫子或棉花状球的形状进行应用。然而，必须控制整个支架的结构来确保细胞与细胞之间的连接，构成刺激网络的完整功能，这是心脏组织正常运转的一个先决条件。这对于较厚的支架来说是一个很大的挑战，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有三维结构和各向异性的心脏支架及其制备方法。为了实现上述目的，本发明提出如下技术方案实现一种具有三维结构和各向异性的心脏支架，其特征在于纳米纤维支架通过静电纺丝织成，并通过调整纺丝纤维取向、纤维密度、纤维长度来定义网状结构；悬浮无基板的纳米纤维允许细胞的附着和生长，纳米纤维支架镂空的组织形式构成可兴奋的网络。本发明制备上述心脏纳米纤维支架的制备方法，包括如下步骤(1)聚二甲基硅氧烷在平面培养皿内制成支底，在50-100°C下存放2-10个小时后，从培养皿上分离下来，使用前用乙醇清洗；(2)将聚甲基戊二酰亚胺溶解于环戊酮和四氢糠醇中制成浓度为10-20%的溶液，再将离子表面活性剂十二烷基硫酸钠溶于乙醇得到浓度为0. l-2g/L的溶液掺合进聚合物溶液中，配制成纺丝液；
(3)将纺丝液装入l_5ml注射器，通过注射泵将流速控制为l_10ml/h，电压 5-15kv,收集装置与注射器尖端的距离为10-20cm，收集装置为圆形，直径5-15cm，用 50-200mm厚的铝箔制造，通过收集器中间的矩形孔控制纳米纤维的排列，调节孔的宽度为 2-20mm，高度为20_25mm，用于控制纤维长度，通过改变纤维沉积的时间0. 5-2min来控制纳米纤维的密度；静电纺丝后，聚甲基戊二酰亚胺纤维从收集装置转移到聚二甲基硅氧烷的支架上，并在真空状态下保存12-48小时以去除残留的溶剂。本发明的有益效果按照本发明制备的纤维材料可以用于体外构建心脏组织的系统，通过使细胞在聚合纳米纤维网上生长来控制细胞的各项异性；纳米纤维网通过电纺覆盖在由聚二甲硅氧烷制造的支托物悬浮在空中，与现有技术相比，能保持三维结构和各向异性，使聚甲基戊二酰亚胺纤维为基础的组织结构利于透过养分和代谢产物，从而为组织工程提供了一个理想的系统；并且制备工艺简单、操作方便，具有广阔的应用前景。
具体实施例方式以下描述本发明的优选实施方式，但并非用以限定本发明。实施例1 按照如下方法制备纳米纤维支架(1)制备支底聚二甲基硅氧烷(PDMS)在平面培养皿混合制得，在80°C下存放了 5个小时后，从培养皿上分离下来，使用前乙醇清洗。(2)配制纺丝液将聚甲基戊二酰亚胺(PMGI)溶解于环戊酮和四氢糠醇中制成浓度为13%的溶液，再将离子表面活性剂十二烷基硫酸钠溶于乙醇，以终浓度为0. 48g/L掺到聚合物溶液中。(3)静电纺丝及收集将纺丝液装入Iml注射器，通过注射泵将流速控制为aiil/h， 电压，收集装置与注射器尖端的距离为10cm，收集装置为圆形，直径5cm，用IOOmm厚的铝箔制造，通过收集器中间的矩形孔控制纳米纤维的排列，调节孔的宽度控制纤维长度，通过改变纤维沉积的时间即喷丝时间来控制纳米纤维的密度(每孔收集的纤维高度)；静电纺丝后，PMGI纤维从收集装置转移到PDMS的支架上，并在真空状态下保存M小时以去除残留的溶剂。
权利要求
1.一种具有三维结构和各向异性的心脏支架，其特征在于纳米纤维支架通过静电纺丝织成，并通过调整纺丝纤维取向、纤维密度、纤维长度来定义网状结构，纳米纤维支架镂空的组织形式构成可兴奋的网络。
2.一种具有三维结构和各向异性的心脏支架的制备方法，包括以下步骤(1)聚二甲基硅氧烷在平面培养皿内制成支底，在50-100°C下存放2-10个小时后，从培养皿上分离下来，使用前用乙醇清洗。(2)将聚甲基戊二酰亚胺溶解于环戊酮和四氢糠醇中制成浓度为10-20%的溶液，再将离子表面活性剂十二烷基硫酸钠溶于乙醇得到浓度为0. l-2g/L的溶液掺合进聚合物溶液中，配制成纺丝液。(3)将纺丝液装入l_5ml注射器，通过注射泵将流速控制为l-10ml/h，电压5_15kv，收集装置与注射器尖端的距离为10-20cm，收集装置为圆形，直径5-15cm，用50-200mm厚的铝箔制造，通过收集器中间的矩形孔控制纳米纤维的排列，调节孔的宽度为2-20mm，高度为 20-25mm，用于控制纤维长度，通过改变纤维沉积的时间0. 5-2min来控制纳米纤维的密度； 静电纺丝后，聚甲基戊二酰亚胺纤维从收集装置转移到聚二甲基硅氧烷的支架上，并在真空状态下保存12-48小时以去除残留的溶剂。
全文摘要
本发明涉及一种具有三维结构和各向异性的心脏支架及其制备方法，纳米纤维支架通过静电纺丝织成，并通过调整纺丝纤维取向、纤维密度、纤维长度来定义网状结构，悬浮无基板的纳米纤维允许细胞的附着和生长，纳米纤维支架镂空的组织形式构成可兴奋的网络；本发明的有益效果本发明制备的纤维材料可以用于体外构建心脏组织的系统，通过使细胞在聚合纳米纤维网上生长来控制细胞的各项异性；纳米纤维网通过电纺覆盖在由聚二甲硅氧烷制造的支托物悬浮在空中，能保持三维结构和各向异性，使聚甲基戊二酰亚胺纤维为基础的组织结构利于透过养分和代谢产物，为组织工程提供了理想的系统；制备工艺简单、操作方便，具有广阔的应用前景。
文档编号D01D1/02GK102499799SQ20111034491
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者许杉杉, 韩志超 申请人:无锡中科光远生物材料有限公司