人造血管的材料发展

人造血管的材料发展

【摘要】PVC,PAN,丝绸，尼龙以及粘胶纤维曾是人造血管的制造材料。PAN和尼龙制得的人造血管会在体内退化，因此这两种材料很快被淘汰。目前人造血管使用最多的原料是合成纤维，如聚酯、聚四氟乙烯纤维，它们结构稳定性好，在人体内可长期工作而不发生降解。

【Abstract】Artificial blood vessel once made from PVC, PAN ,silk and viscose fiber. The blood vessel which made from PAN and Nylon will degenerate in bodies, so these kinds of material have weeded out. Now we choose synthetic fiber such as polyester and some polymer to make artificial blood and they have good structural stability as well as they can work for a long time in bodies.

【关键词】人造血管相容性涤纶膨体聚四氟乙烯聚氨酯

人造血管的研制开始于20世纪初，各国学者首先采用金属、玻璃、聚乙烯、硅橡胶等材料制成的管状物进行大量动物实验，但因其易在短期内并发腔内血栓而未能在临床上得到广泛应用。1952年Voorhees首先研究将维纶制成人造血管，改变了以往人工血管管壁的无通透性。接着，Voorhees,Blakemore以及Jaretzki 做了大量的临床实验，研制了带有网孔的人造血管，这是血管代用品发展史上的一个里程碑。随着纤维材料和医学生物材料的不断发展，继Voorhees之后，各国工作者研究出各种材料，各种加工方法生产的空隙的人造血管并用于动物实验和临床。随后，专家们测试了很多材料，如PVC,PAN,丝绸，尼龙以及粘胶纤维。PAN和尼龙制得的人造血管会在体内退化，因此这两种材料很快被淘汰。目前人造血管使用最多的原料是合成纤维，如聚酯、聚四氟乙烯纤维，它们结构稳定性好，在人体内可长期工作而不发生降解。

随着生物医学工程学和生物材料学的发展,人工血管的研究得到广泛的应用,人工血管材料得到不断更新,如何提高血管的通畅性和人工血管材料的相容性是在近年来人工血管研究的重点。

血管壁细胞外基质主要由3 层结构组成，其中中膜层在结构上具有重要意义，主要由胶原纤维和弹性蛋白构成，这种结构使血管具有良好的机械性和顺应性。因此，在设计和制造人工血管材料时，应尽可能地模拟正常血管的细胞外基质的成分，使三维结构、生理功能及机械性能接近正常血管组织。目前应用比较广泛的人工血管有涤纶、膨体聚四氟乙烯人工血管和聚氨酯人工血管。涤纶为聚

乙烯纤维，移植1 年后张力基本保持。涤纶人工血管分为机织和针织两种。机织的涤纶丝线呈交错结构，具有多孔性及最小的移动性。针织涤纶细线织成结节状结构，孔隙呈放射状延伸。针织涤纶在植入动脉的环境下有膨胀的倾向，其原因为其制造技术。在纤维表面增加绒毛结构，明显增强了组织的亲和性。绒长结构也增强移植物的可屈性、延展性和耐扭转性。同时带外支持环，增强了抗机械性的压迫性能。由于有高度的多孔性，管壁皱折，网孔较大，移植时渗血严重，故使用时必须预凝。如出厂前未预凝，则必须在使用前作好预凝。由于涤纶与周围组织反应较强，血小板凝集的范围大，抗血栓形成性较低，生物相容性差，炎性反应重，因此常用作为大、中口径的动脉移植。

虽然涤纶材料具有良好的力学性能和化学稳定性，然而涤纶小口径人造血管的应用目前仍不理想。主要问题包括：短期内血栓形成和内皮化不良。因此,涤纶人造血管材料的改性一直是该领域的研究热点之一。研究拟采用等离子体和紫外辐照预改性涤纶人造血管材料并在其表面引入氨基,再将肝素和再生丝素蛋白分子吸附接枝在涤纶改性材料表面,期望获得力学性能优良,生物学性能良好的涤纶血管材料,实现该人造血管移植早期具有良好的抗血栓性能,同时具有促进血管内皮细胞体内原位再生的良好性能。

现在采用常温常压等离子体和紫外光辐照预改性涤纶人造血管材料,优化改性方法,并比较两种改性方法对改性效果及改性材料力学性能的影响；以丙烯酰胺为“间隔臂”,通过Hoffman降解-共价缩合正负离子键合-戊二醛交联的方式制备再生丝素蛋白、肝素修饰涤纶人造血管改性材料,并对其进行表征；体外血液相容性评价。通过体外血栓形成实验、溶血实验、肝素缓释等实验评价再生丝素蛋白、肝素修饰涤纶人造血管改性材料的血液相容性。通过体外细胞培养、MTT 实验及扫描电镜观察,考察再生丝素蛋白、肝素修饰涤纶人造血管改性材料的细胞相容性。

研究结果表明：一、常温常压等离子体和紫外辐照均能将丙烯酰胺分子接枝到涤纶人造血管材料表面。然而,等离子体处理对涤纶材料力学性能有一定的损害,而紫外辐照影响不大。紫外辐照改性的优化工艺为：二苯甲酮浓度0.2M/L、紫外光辐照功率5800μW/cm2、辐照时间20min、丙烯酰胺浓度2M/L。二、如上改性的涤纶血管材料经Hoffman降解和再生丝素蛋白、肝素、戊二醛处理,可

获得再生丝素蛋白／肝素修饰涤纶人造血管改性材料。傅立叶红外光谱表明两物质相应的特征峰在涤纶材料表面得以表达,扫描电镜观察显示再生丝素蛋白在涤纶表面分布较均匀,经高强度超声波清洗60min后重量损失率不超过19%。三、体外血栓形成实验结果表明肝素修饰涤纶人造血管材料能有效地减少血栓形成,引入再生丝素蛋白能降低材料的溶血率。涤纶人造血管材料表面的肝素在PBS 缓冲液中随时间缓慢释放,材料的抗凝血性能随之逐渐衰减。溶血实验结果表明,肝素修饰涤纶血管材料的溶血率低于5%,符合生物医用材料应用标准。四、体外细胞相容性实验结果表明,再生丝素蛋白修饰涤纶人造血管改性材料具有良好的细胞相容性,再生丝素蛋白浓度的增加有利于血管内皮细胞的增殖。扫描电镜观察结果表明,血管内皮细胞能在改性材料表面良好黏附,活性较高。本研究通过等离子体和紫外辐照的方法对涤纶人造血管材料表面进行了改性,并用再生丝素蛋白和肝素对材料表面进行了进一步修饰,从而获得了力学性能及生物学性能良好的涤纶人造血管材料。

膨体聚四氟乙烯起先被制成心脏瓣膜，后被用作人工血管移植材料。膨体聚四氟乙烯经过加热、伸展和压模过程，成为一种微孔材料，更适用组织的黏附，有较好的生物稳定性，不会在体内退化。其表面带负电荷，可以最低限度地阻止血小板的黏附。膨体聚四氟乙烯的特征结构是节点-纤维，其微孔弯曲，直径(结间距离)为30 μm，微孔存在于小纤维间，并不直接内外交通。外周细胞较难深入微孔，新内膜形成也较慢。膨体聚四氟乙烯人工血管使用前不必预凝，比其他血管具有更大的抗血栓性，与周围组织反应较轻，能承受压力，血管通畅，能耐受反复穿刺，使用时间长，但顺应性较差，通畅率较低。尤其在直径小于6 mm 的小口径人工血管上远期通畅率更差。

聚氨酯由于具有优良的顺应性、生物相容性以及一定的抗凝血性，可以大大减少新内膜增生，合理的孔径和孔隙率的三维结构，能增强内皮细胞在支架上的黏附、长入和铺展，加速内皮细胞化。因此，聚氨酯是小口径人工血管的首选材料。1979 年，Lymam 等开发了低孔隙度的聚氨酯血管，其力学适应性接近天然血管。后来有人用静电纺丝法制作聚氨酯网状血管，达到了天然血管的适应性，使假内膜与外膜机械地附着生长，大大改善了血液相容性。潘仕荣等采用生物性能稳定的聚氨酯制备小口径人工血管，曾先后报道过聚六亚甲基碳酸酯聚氨酯脲