[发明专利]一种多材料仿生结构气管支架及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多材料仿生结构气管支架及其制备方法。气管支架包括由内到外依次层叠的TPU力学超材料结构层、水凝胶载细胞层、硅酮网状主体层和TPU软骨环层。方法包括：采用熔融沉积四轴打印方式制备TPU力学超材料结构层；采用墨水直写四轴打印方式在TPU外层打印水凝胶载细胞层；采用墨水直写四轴打印方式在水凝胶层外部打印硅酮网状主体层；采用熔融沉积四轴打印方式在硅酮层外打印多个TPU软骨环层，得到气管支架。本发明可以在提供足够的径向支撑同时，提供与原生气管相匹配的非线性力学特性，解决支架移位问题，并复现内壁纤毛组织实现粘液清理功能，避免支架植入后的粘液潴留问题。

技术领域

本发明涉及了一种气管支架，具体涉及一种多材料仿生结构气管支架及其制备方法。

背景技术

气管狭窄主要指气管、支气管、肺叶支气管的狭窄，其中各类因素：原发性与转移性恶性肿瘤，肉芽肿性病变，器质性气管狭窄等造成的气管狭窄所导致的死亡率占据很大部分。气管支架植入术相比传统手术拥有疗效确切，可迅速缓解症状，适用于各种原因气管狭窄以及减小患者痛苦等优点。人体气管壁由气管软骨，气管粘膜组成。气管软骨提供力学支撑，气管粘膜上的纤毛组织清理痰液，平滑肌胶原蛋白为气管提供非线性力学特性。

目前临床使用为硅酮支架和金属支架，金属支架径向支撑性能优越但和原组织模量差距过大导致异物感强烈。硅酮支架异物感小但是径向支撑性能弱于金属支架。由于人体运动的多样性和复杂性，支架由于不具备和原生气管匹配的非线性力学特性，容易在气管内移位或脱位。由于气管支架植入后支架外壁压迫气管内壁，导致气道上皮的纤毛细胞会被压迫，但是纤毛的自由摆动是气管清理粘液的主要手段，因此气管支架的植入会破坏气管的生物功能性，容易引起粘液潴留。因此，亟需设计一种可以提供和原生气管相匹配的非线性力学特性并能在支架内壁实现纤毛组织清除粘液的气管支架。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种多材料仿生结构气管支架及其制备方法。在提供足够的径向支撑同时，提供和原生气管相匹配的非线性力学特性以及避免支架植入后的粘液潴留问题。

本发明采用的技术方案是：

一、一种多材料仿生结构气管支架：

气管支架包括由内到外依次层叠的TPU力学超材料结构层、水凝胶载细胞层、硅酮网状主体层和TPU软骨环层，TPU力学超材料结构层、水凝胶载细胞层和硅酮网状主体层均为管状，TPU软骨环层包括若干TPU软骨环，各个TPU软骨环沿气管支架的管长方向依次均匀间隔固定在硅酮网状主体层的外侧面，各个TPU软骨环的中心轴线在气管支架的的中心轴线上。

所述的TPU力学超材料结构层采用但不限于手性、内凹或正弦等力学超材料结构。

所述的TPU力学超材料结构层采用生物相容的医用硅橡胶材料，具体为医用TPU材料，为了保证与人体气弹性模量相近并保证顺应性，选择中等硬度硅胶，邵氏A硬度为30°-50°；TPU力学超材料结构层的层厚小于等于0.5mm，避免内壁过厚。

所述的水凝胶载细胞层采用多孔甲基丙烯酰化明胶GelMA材料；水凝胶载细胞层的层厚小于等于0.5mm，避免支架管壁太厚；水凝胶载细胞层具备的孔隙能够为细胞生长提供空间。

所述的硅酮网状主体层采用生物相容的医用硅橡胶材料，为了保证与人体气弹性模量相近并保证顺应性，选择低硬度硅胶，邵氏A硬度为20°-40°；硅酮网状主体层的层厚小于等于0.5mm。硅酮网状主体层采用选择仿生C型的网状孔隙结构，可以为水凝胶载细胞层提供营养物质输送通道，允许营养物质通过支架内壁，保证细胞的正常活动。

所述的TPU软骨环层的每个TPU软骨环具体采用医用聚氨酯TPU材料，足够大的弹性模量提供与气管软骨相似的径向支撑力，TPU软骨环的邵氏A硬度大于等于95°，邵氏D硬度小于等于65°，同时具有柔性特征可拉伸；每个TPU软骨环的层厚为1.5-2.5mm。TPU软骨环具体可为仿生C型TPU软骨环。