专利名称：一种构建人工血管的生物医用材料制备方法及材料的制作方法
技术领域：
一种构建人工血管的生物医用材料制备方法及材料属于人工血管生物医学制造技术领域。
目前各类血管移植物，仍以人体自身血管为佳。但是人体自身非必需血管的长度极为有限，有些全身血管病变的患者甚至无合适的自体血管移植物。对于大血管，虽然PTFE(聚四氟乙烯)等人造血管能够满足临床要求，但是始终作为异物存在于机体内，既不能降解，也抑制了血管细胞的再生功能。PTFE等人工血管的抗凝血机理是让血液在人工血管内壁形成一层血栓膜，因此这种人工血管的内径通常不能小于6mm，否则会引起血管阻塞，直径小于6mm的小血管病变，仍无满意的人工血管替代物。目前临床血管移植物仍尽量取用自身动、静脉。虽然自体动脉移植物有着无可比拟的优良效果，自体静脉移植物仍然是冠状动脉搭桥术选用最多的血管移植物，但是由于来源少，并且静脉移植物中晚期发生病理性再构而引起的血管狭窄、闭塞，静脉桥的远期通畅率低，又是困扰心脏外科医生的一个难题。
用具有高抗凝血活性，优良的生物相容性和生物降解性的生物医用材料制造有高度生物活性的人工血管一直是人们梦寐以求的目标，是彻底解决上述难题的理想方法，也是近几年国际生物医用材料领域活跃的热点研究课题。
天然生物材料壳聚糖以其优异的生物相容性和生物降解性在生物医用材料领域的应用范围越来越广泛和深入。壳聚糖的分子结构是氨基葡聚糖，和抗凝血剂-肝素分子结构很相似。它们的分子骨架是基本相同的，链接的基团有所差别，因而通过化学反应，完全可以把壳聚糖转变为类肝素体(肝素分子的类似物)。
根据检索得知分子量在24万～26万的壳聚糖改性而成的类肝素体，抗凝血效果是肝素的3.4倍。它是把壳聚糖用硼氢化钠(NaBH4)的强碱溶液在115℃下处理后，进行羧甲基化，再用N，N-二甲基甲酰胺·三氧化硫复合溶液进行硫酸化，然后分离出产品，其缺点是反应的不可控制性，它不能控制反应的比例和副反应的发生，产率很低，只有学术探讨价值，没有生产实用意义。又根据检索得知，在壳聚糖膜上沉积一层肝素后，心血管细胞能顺利生长，但这只适用于静态细胞培养实验，不能用于动态的血液循环系统中。因此，如何克服上述缺点，把壳聚糖材料进行改性，形成类肝素体，使它同时具有强大的抗凝血效果和能在所流动的血液系统中于材料的表面再生心血管细胞这两大功能，对于组织工程构建人工血管材料而言，极具开发前景的。
本发明的主要内容就是发明了将壳聚糖材料化学改性成类肝素体结构的方法，并得到全新的能用于与血液相接触的生物材料。这种材料的优点在于它可以加工成人工血管，直接用于血管的修复或桥接，并刺激心血管细胞再生，同时材料本身在降解。当血管完全再生后，材料也被人体消化吸收了，避免了二次手术。
本发明解决的主要问题1.合成新型的与血液接触材料，解决目前临床人工血管材料老化和二次手术问题。
通过本发明提供了新型的人工血管用生物材料的制备方法。利用这种方法制得到的构建人工血管的生物医用材料与目前临床使用的聚四氟乙烯材料相比，具有天然的优势，它能够完全降解，无毒性，能被人体吸收完全，有优异的生物相容性，同时刺激血管再生形成自体血管，因此，不会产生老化问题和二次手术问题，降低了手术的风险。
2.彻底解决目前人工血管内径限制问题。
目前临床应用的聚四氟乙烯人工血管由于机理的限制，内径只能在6mm以上，小血管在临床上还没有代用品。本发明的材料的抗凝血机理是材料自身具有高抗凝血性，不需要形成抗凝血的血栓层，因此理论上可以制造任意大小直径的人工血管。
本发明所提供的一种构建人工血管的生物医用材料制备方法，其特征在于它是一种把壳聚糖材料化学改性成类肝素体结构以形成全新的能用于与血液相接触的生物材料的方法，它依次含有如下步骤(1)筛选出粘均分子量在30万左右的高纯度的壳聚糖材料；(2)壳聚糖的纯化；(3)把纯化的壳聚糖合成为6-O-磺化壳聚糖；(4)把得到的6-O-磺化壳聚糖合成为N-磺酸-6-O-磺化壳聚糖；从而得到具有高抗凝血活性的类肝素体N-磺酸-6-O-壳聚糖硫酸酯。
根据本发明的方法而制备的人工血管生物医用材料，其特征在于它具有如下的类肝素的分子结构 实例证明它达到了预期的目的。
筛选出粘均分子量为30万的高纯度的壳聚糖材料。
材料的具体参数脱乙酰度为81.5％；稀醋酸溶液中的不溶组分小于1％；粘度为200mPa(1％在1％醋酸溶液中，20℃)。
材料的纯化。将壳聚糖粉末溶解在0.1mol/L的盐酸溶液中，在氮气保护下回流24小时。等冷却到室温后，用2mol/L的NaOH溶液中和到pH值为5.8，然后在去离子水中透析完全后，冷冻干燥。
6-O-磺化壳聚糖(6-O-sulfochitosan)的合成。将纯化的壳聚糖溶解在2％甲酸溶液中，然后在室温下逐滴加入适量的1mol/L的CuSO4.5H2O溶液，搅拌16小时后，过滤后依次用水、丙酮和乙醚洗涤。将所得产物完全分散在干燥的DMF溶液中，然后将溶解在DMF中的SO3.Pyridine溶液按1∶4的比例(1∶4＝壳聚糖分子重复单元与SO3.Pyridine之间的摩尔比)在低温下滴加到溶液中，搅拌1小时后，在氮气保护和50℃下加热搅拌16小时。将冷却后的溶液用NaHCO3调到pH值为8，加入适量的水透析3天。将所得溶液用色谱的方法除掉铜离子后，冷冻干燥(这步的产率为85％)等到产品。
N-磺酸-6-O-磺化壳聚糖(N-sulfo-6-O-sulfochitosan)的合成。将上一步得到的6-O-磺酸壳聚糖溶解在一定量的水中，然后加入适量的Na2CO3和SO3.NMe3复合物，用氮气保护，在65℃下搅拌18小时。等反应完成后，在去离子水中透析24小时，在稀NaOH溶液中透析4小时，最后在去离子水中透析3天，冷冻干燥得最终产品。
根据本发明方法制备得到的N-磺酸-6-O-壳聚糖硫酸酯(N-sulfo-6-O-sulfochitosan)，是具有高抗凝血活性的类肝素体(属粘多糖类)，它和肝素的分子结构依次表示如下 对比以上结构可以知道，新合成的材料分子结构与肝素的分子结构基本类似，因此称新合成的材料为类肝素体。国外的相关文献显示，类肝素体的抗凝血活性与其分子上的6-O-硫酸酯化程度有关，硫酸化程度提高，能增加抗凝血活性，二者之间几乎是线性关系，因此可以根据临床的需要灵活地调整其抗凝血活性。
和目前临床应用的人工血管高分子材料(聚四氟乙烯等)相比，本发明中的材料具有高度的生物相容性和生物降解性以及抗凝血活性，而且来源广泛，生产过程具有可控性，产率高，价格便宜，因此使临床手术简单化，成本大幅下降，价格便宜。
权利要求
1.一种构建人工血管的生物医用材料的制备方法，其特征在于它是一种把壳聚糖材料化学改性成类肝素体结构以形成全新的能用于与血液相接触的生物材料的方法，它依次含有如下步骤(1)选出粘均分子量在30万左右的高纯度的壳聚糖材料；(2)壳聚糖的纯化；(3)把纯化的壳聚糖合成为6-O-磺化壳聚糖；(4)把得到的6-O-磺化壳聚糖合成为N-磺酸-6-O-磺化壳聚糖；从而得到具有高抗凝血活性的类肝素体N-磺酸-6-O-壳聚糖硫酸酯。
2.根据权利要求1所述的方法得到的构建人工血管的生物医用材料，其特征在于它具有如下的类肝素的分子结构
全文摘要
一种构建人工血管的生物医用材料的制备方法属于人工血管生物医学制造技术领域。具体特征在于它是一种以粘均分子量约30万的壳聚糖为底物，相继通过纯化、6－O－磺化、N－磺酸－6－O磺化的过程而得到的一种化学改性而成的类肝素体的N－磺酸－6－O－壳聚糖硫酸酯，它与肝素的分子结构基本相似，具有抗凝血活性高，而且可以根据临床需要通过提高其分子上的6－O硫酸的酯化程度来灵活地调节其抗凝血活性，而且也能在流动的血液循环系统中表面再生心血管细胞，完全满足了构建人工血管材料的两大要求。它和目前临床应用的人工血管材料相比，具有高度的生物相容性和生物降解性以及抗凝血活性，而且来源广泛，反应过程可控，产率高，价格便宜，从而使临床手术简单化，成本大幅下降，有很大的开发前景。
文档编号C08B37/00GK1401665SQ02129369
公开日2003年3月12日 申请日期2002年9月6日 优先权日2002年9月6日
发明者邓劲光, 张秀芳, 公衍道, 赵南明 申请人:清华大学