[發明專利]基于靜電直寫與靜電紡絲技術的分層血管支架成形系統及方法

有效

• 申請號: 201610277272.5
• 申請日: 2016-05-01
• 公開（公告）號: CN105839204B
• 公開（公告）日: 2018-03-02
• 發明（設計）人: 劉媛媛;蔣維健;謝明亮;孫振林;胡慶夕
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;A61F2/07
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術領域

本發明涉及一種基于靜電直寫與靜電紡絲技術的分層血管支架成形系統及方法，能實現具有分層結構血管支架的制備，應用于機械制造和生物制造技術領域。

背景技術

近年來，心血管疾病逐漸成為威脅健康的重要因素，由于缺少合適的自體血管，每年有大量病人需要人工血管移植。構建具有功能性的組織血管支架具有廣闊的應用前景。

人體內的血管內徑從5微米到25毫米不等，尺寸較大的血管壁有明顯的三層結構：內膜，中膜和外膜。內膜是附著在基底膜上的單層內皮細胞；中膜由大量的平滑肌細胞或彈性組織構成；外膜主要由包含成纖維細胞和血管周圍神經的細胞外基質膠原組成。

目前，在組織工程血管支架成形工藝方面，常常使用的工藝方法主要可以分為兩類：一類是基于血管模型預建立方法；另一類是基于組織結構內血管網絡生成的方法。血管模型預建立方法又可以分為利用模具澆注和結合電紡絲技術成形的方法；而基于組織結構內血管網絡生成的方法主要是通過3D細胞培養技術，利用內皮細胞等自發地在生物支架內形成細微的通道。這些傳統方法雖然獲得了較成功的血管支架或具有血管網絡的支架，但是目前制備血管支架的工藝方法很難實現支架的三層結構。而對于組織工程在臨床的應用來說，制備具有三層結構的血管支架具有十分重要的意義。

靜電紡絲技術利用靜電力來制備納米纖維，能夠制備連續的納米纖維，操作簡單，適用范圍廣，生產效率高。在靜電紡絲過程中，通過在噴絲針頭處施加高壓靜電，高壓針頭與金屬收集裝置之間會產生高壓電場，聚合物溶液在高壓靜電力的作用下被逐漸拉伸成圓錐狀，即泰勒錐，當電場力增大到一定程度時，聚合物溶液就會在電斥力的作用下克服自身的表面張力和粘彈力，從噴絲針頭處噴射出來并形成細流。射流在電場的作用下向收集裝置方向運動時，都會出現加速現象，從而導致射流的拉伸。在初始階段，由于溶液表面張力和自身的粘彈力遠遠大于電場力的作用，所以，射流在你不斷延長的同時能保持直線運動。經過一段距離的直線運動后，射流將產生力學松弛現象。發生力學松弛時的射流長度與外加電場的大小成正比。一旦發生力學松弛，帶電量不同的射流部分，其表面的電荷相互作用將導致射流的不穩定，使射流發生分裂或非直線的螺旋運動。隨著溶劑揮發，射流運動形成的納米纖維便沉積在金屬收集器上。

靜電直寫技術在2006年被提出，該技術通過將噴頭與金屬收集器的間距縮短為500μm至3mm，使納米纖維的收集處于靜電紡絲的穩定噴射階段，實現了納米纖維的可控沉積，可以得到排列有序且連續的納米纖維。該方法操作簡單、易于操作，為組織工程血管支架的制備提供了有效地途徑。

發明內容

本發明的目的是針對已有血管支架制備工藝存在的缺陷，提供一種基于靜電直寫與靜電紡絲技術的分層血管支架成形系統及方法，該系統首先在三軸運動平臺的驅動下，通過靜電紡絲工藝成形血管支架的最內層；再減小噴頭與金屬收集器間的距離，通過靜電直寫的工藝成形血管支架的中間層；最后再在三軸運動平臺的驅動下，通過靜電紡絲工藝成形血管支架的最外層。最終形成具有足夠機械強度的三層血管支架。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種基于靜電直寫與靜電紡絲技術的分層血管支架成形系統，包括供料系統、紡絲收集系統、三軸運動平臺、電源和計算機控制系統，所述供料系統安置在三軸運動平臺的Z軸滑塊上；所述紡絲收集系統固定安裝在三軸移動平臺的XY軸平臺上，使供料系統的注射器針頭軸線與紡絲收集系統的芯軸的軸線垂直相交；所述電源正極連接注射器針頭的金屬部分，負極連接芯軸的金屬部分；所述計算機控制系統與三軸運動平臺電連接，控制三軸運動平臺的三維移動。

所述的供料系統包括微量泵控制器、微量泵執行機構、注射器活塞筒體和注射器針頭；所述微量泵執行機構固定在三軸運動平臺的Z軸滑塊上，Z軸滑塊帶動微量泵執行機構沿Z軸方向運動，所述注射器活塞筒體固定安裝在微量泵執行機構上，注射器針頭固定在注射器活塞筒體的底端，微量泵執行機構在微量泵控制器的連接驅動下，推動注射器活塞筒體進行紡絲材料的擠出。

所述的紡絲收集系統由步進電機、芯軸、紡絲收集機架、聯軸器、第一軸承端蓋、深溝球軸承、套筒和第二軸承端蓋組成；所述紡絲收集機架與三軸運動平臺的XY軸平面固定連接，使紡絲收集系統隨三軸運動平臺的XY軸平面進行運動，所述步進電機安裝在紡絲收集機架的一端，步進電機的伸出軸通過聯軸器與芯軸連接，所述芯軸兩端通過深溝球軸承和套筒安裝在紡絲收集機架上，第一軸承端蓋和第二軸承端蓋安裝在紡絲收集機架上。