[发明专利]多孔弹性聚乙烯醇/细菌纳米纤维素复合水凝胶管及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于复合水凝胶管领域，特别涉及一种多孔弹性聚乙烯醇/细菌纳米纤维素复合水凝胶管及其制备方法和应用。

背景技术

合成材料制备的支架与自体组织顺应性的不匹配是导致心血管支架应用失败的重要因素。研发与被替换组织机械力学性能相似的生物材料是制备组织工程支架与组织替代品时需要重点考虑的。另一方面，目前临床上应用的由聚酯(PET)、膨体聚四氟乙烯(ePTFE)制备的人工血管在用于小口径(<6mm)血管替换时由于内壁粗糙容易形成血栓从而引起严重后果。

细菌纳米纤维素(Bacterial nano-cellulose,BNC)是由微生物生产的一种纳米纤维素，具有高结晶度，高持水性，高杨氏模量，高纯度，很好的生物相容性等特点，在食品、造纸、医用材料等领域有广阔的应用。近年来由细菌纳米纤维素制备的管状材料因其独特的纳米纤维网络结构和良好的生物相容性，在小口径人工血管及血管组织工程支架中具有良好的应用前景，受到了研究者的广泛关注。目前已有多篇报道利用不同的方法制备了细菌纳米纤维素水凝胶管，并对其机械力学性能、生物相容性等进行了研究。然而这种由纳米纤维素制备的管状材料没有弹性，限制了其作为医用材料的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多孔弹性聚乙烯醇/细菌纳米纤维素复合水凝胶管及其制备方法和应用，该复合水凝胶管机械力学性能可控，可以满足多种组织修复支架的需求，复合水凝胶管的纳米纤维网络结构有利于细胞的黏附与增殖，其相互连通的多孔结构有利于营养物质的传输和细胞的长入。

本发明的一种多孔弹性聚乙烯醇/细菌纳米纤维素复合水凝胶管，包括表层和里层，所述表层的表面呈平滑状，所述里层为纳米纤维网络结构。

里层为具有连通的多孔结构。

本发明的一种多孔弹性聚乙烯醇/细菌纳米纤维素复合水凝胶管的制备方法，包括：

(1)对细菌纳米纤维素水凝胶管进行纯化处理(其目的是去除细菌、内毒素等杂质)，配制聚乙烯醇溶液；

(2)将纯化后的细菌纳米纤维素水凝胶管固定在玻璃管外壁，然后将聚乙烯醇溶液注满模具内部空隙，置于超声水浴中脱除气泡后室温静置；

(3)将模具置于-80℃中冰冻，将冷冻成型的模具取出，置于-20℃的无水乙醇中解冻，最后将充分解冻后的模具置于室温下的超纯水中，充分置换出乙醇，制得聚乙烯醇/细菌纳米纤维素复合水凝胶管。

步骤(1)中所述的纯化处理具体为：在80℃的浓度为1％的NaOH溶液中浸泡4h后用超纯水反复冲洗至内毒素含量在0.25EU/g以下。

步骤(1)中所述的聚乙烯醇溶液中，聚乙烯醇用量为0.1～15％，NaCl用量为0～20％，乙醇用量为0～50％，其余为超纯水。

步骤(2)中所述的模具的结构为：聚丙烯管套装在玻璃管外，且两者之间形成空腔，聚丙烯管和玻璃管两端分别用橡胶塞固定密封。

所述玻璃管内腔可以注入不同导热性能的介质，如各种导热性能不同的液体、固体或气体。固体为棉纤维，液体为乙醇和水，气体为空气。

所述空腔注入高分子溶液。

步骤(2)中所述的室温静置时间为24～36h。

本发明的一种多孔弹性聚乙烯醇/细菌纳米纤维素复合水凝胶管的应用，应用于人工血管、神经组织工程支架或气管支架。

本发明为改善细菌纳米纤维素管的弹性和顺应性，将聚乙烯醇[Poly(Vinyl Alcohol)，PVA]与细菌纳米纤维素复合，通过反复冻融的物理交联法制备了一种多孔弹性聚乙烯醇/细菌纳米纤维素复合水凝胶管。

该方法制备的复合水凝胶管具有优良的纳米纤维网络结构和相互连通的多孔结构，优良的机械力学性能，通过控制制备过程参数可以实现对复合水凝胶管孔径、孔隙率及机械力学性能的调控，很好地满足血管、神经等多种管状组织修复支架的要求。

本发明复合水凝胶管的多孔结构是由NaCl、乙醇及聚乙烯醇在-80℃冷冻时发生相分离而形成，并且孔径与孔隙率受NaCl、乙醇用量的影响。纳米纤维网络结构的形成与乙醇用量，成管模具导热性能相关。复合水凝胶管的机械力学、微观结构形态、结晶度和持水量均与-20℃乙醇解冻过程相关。

有益效果

本发明机械力学性能可控，可以满足多种组织修复支架的需求，复合水凝胶管的纳米纤维网络结构有利于细胞的黏附与增殖，其相互连通的多孔结构有利于营养物质的传输和细胞的长入，制备工艺简单，成本低，在血管修复支架，神经修复支架中有很好的应用前景。

附图说明