本發(fā)明涉及一種神經(jīng)導管的制備方法和制備設備，具體涉及一種具有接觸性引導功能的神經(jīng)導管及其制備方法和裝置。

背景技術：

神經(jīng)系統(tǒng)可分為中樞及其周圍神經(jīng)系統(tǒng)，其作用是調節(jié)和控制人體內各系統(tǒng)的共同活動，使機體成為一個完整的統(tǒng)一體。隨著當前生產(chǎn)自動化和交通機械化程度的大幅度提高，周圍神經(jīng)系統(tǒng)損傷的發(fā)生率日益增高。在日常生活中，各種機械傷害、化學藥物、局部缺血、以及腫瘤等原因都會造成周圍神經(jīng)損傷。由于周圍神經(jīng)損傷所導致的肢體功能障礙將會嚴重影響患者的生活質量；因此，周圍神經(jīng)損傷后的修復、再生和功能恢復一直是神經(jīng)等相關學科研究的重點。目前研究和臨床上應用中，對于間隙較小的神經(jīng)缺損(<5mm)，通常運用顯微外科技術對周圍神經(jīng)離斷處進行端對端的外膜縫合，而對于長距離的神經(jīng)缺損則需進行神經(jīng)移植。直接縫合局限于較短的神經(jīng)斷傷，否則過大的縫合張力不利于神經(jīng)再生；神經(jīng)自體移植會導致供區(qū)神經(jīng)功能喪失，對較大較粗的神經(jīng)缺損供應來源不足，而異體移植尚需解決免疫抑制問題。

隨著醫(yī)學、生物學和組織工程學的發(fā)展，采用神經(jīng)導管修復神經(jīng)損傷成為一種非常有應用前景的神經(jīng)修復方法。神經(jīng)導管是一種用來連接神經(jīng)斷裂間隙，保護內在新生神經(jīng)的管狀結構。神經(jīng)導管法對神經(jīng)斷裂端的干擾較小，并能將神經(jīng)與周圍組織隔離，減少炎癥和神經(jīng)瘤的發(fā)生，為神經(jīng)再生提供一個相對隔絕的環(huán)境。同時，再生神經(jīng)在神經(jīng)導管內可發(fā)揮神經(jīng)遠端對近端的趨化作用，引導和促進新生神經(jīng)的生長?；谶@幾方面的優(yōu)勢，神經(jīng)導管技術是當前醫(yī)學界大力發(fā)展的周圍神經(jīng)系統(tǒng)損傷的修復方法。目前，制備用于神經(jīng)導管的材料主要可以分為兩大類：一類是天然高分子材料，包括膠原蛋白、明膠、纖維蛋白、殼聚糖等，此類材料的優(yōu)點是有較好的生物相容性、可降解，但機械性能較差；另一類為人工合成高分子材料，包括聚乳酸、聚己內酯、聚乙烯醇等，此類材料的優(yōu)點是材料性能的可控性更強。

神經(jīng)導管通過物理性接觸、機械性限制及縱向張力的作用來引導神經(jīng)突觸的再生方向，但是神經(jīng)導管的直徑一般為1mm左右，遠遠大于神經(jīng)細胞的特征尺度(1～10μm)；因此，神經(jīng)導管只能為神經(jīng)生長提供宏觀的引導，并不能全面地模擬神經(jīng)在體內生長的真實微環(huán)境。由此，本發(fā)明的指導思想是：通過仿生設計，在單腔神經(jīng)導管中引入微觀尺度的接觸性引導因子，從而在導管內模擬細胞外基質等神經(jīng)再生微環(huán)境，制備出效率更高的新一代神經(jīng)導管。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種神經(jīng)導管，神經(jīng)導管內部具有縱向溝槽結構，縱向溝槽結構具有接觸性引導功能。

一種具有接觸性引導功能的神經(jīng)導管，包括中空薄膜管體，所述中空薄膜管體的內壁上具有縱向溝槽結構。

優(yōu)選地，所述縱向溝槽結構的寬度為10～100μm、深度為0.05mm～0.15mm。

在神經(jīng)導管內壁添加縱向溝槽結構，既可提高導管內壁的接觸面積，又可以提高導管內腔的空間利用率。本發(fā)明通過干/濕紡絲法制備聚合物薄膜中空管，并能夠在薄膜中空管內壁形成寬度為10～100μm的縱向溝槽結構，本發(fā)明所述的縱向是指與神經(jīng)導管軸向相平行的方向。

本發(fā)明還提供一種具有接觸性引導功能的神經(jīng)導管的制備裝置，包括底座、安裝在底座上的升降平臺、安裝在升降平臺頂面的兩臺微量注射泵和噴絲頭以及位于噴絲頭正下方的凝結池；所述噴絲頭包括：

噴頭，內部開設有與其中一臺微量注射泵連接的噴腔；

位于噴頭內且相互套設的雙層噴孔，外層噴孔頂端與所述噴腔連通，內層噴孔頂端外接另一臺微量注射泵、底端延伸出外層噴孔外，內層噴孔外壁上具有沿內層噴孔軸向延伸的溝槽。

本發(fā)明噴絲頭的設計采用內外雙層孔，其中內孔外層具有縱向溝槽，可以使導管中形成均勻的細微溝槽，縱向溝槽的長度方向與內層噴孔的軸向相平行。

優(yōu)選地，所述升降平臺上設有用于安裝噴絲頭的固定座，所述固定座任一相鄰的兩側設有互相成90°角的水平儀。進一步優(yōu)選地，所述底座的四角處均設有高度調節(jié)螺栓。通過對底座上四個支撐的高度調節(jié)，可以對噴絲頭所在位置的水平進行調節(jié)。

優(yōu)選地，所述內層噴孔的內徑為0.5～0.8mm，溝槽的深度為0.05～0.15mm。外徑隨噴絲頭溝槽數(shù)目和溝槽深度變化，一般在0.9-1.0mm范圍。進一步優(yōu)選，內層噴管的內徑為0.7mm。

優(yōu)選地，所述內層噴孔的外壁上均勻分布12～24個溝槽。

優(yōu)選地，所述溝槽的橫截面形狀為圓形。內凹和外凸的圓柱形形成溝槽結構，相鄰兩個內凹圓柱形和外凸圓柱形的橫截面為兩個相切圓。

進一步優(yōu)選，所述溝槽的橫截面的圓心根據(jù)溝槽深度不同位于不同半徑且與內層噴孔同心的圓上。

更進一步優(yōu)選，本發(fā)明采用帶溝槽噴絲頭內孔的溝槽數(shù)目分別有12個、16個和24個。溝槽形狀為圓形，內凹和外凸的圓形形成溝槽結構，內層噴管的內徑為0.7mm。其中12槽內針孔設計為：外凸齒和內凹槽半徑均為0.14mm，外凸齒圓心位于半徑0.843mm且與內針孔同心的圓上，內凹槽圓心位于半徑0.99mm和內針孔同心的圓上。16槽內針孔設計為：外凸齒和內凹槽半徑均為0.12mm，外凸齒圓心位于半徑0.841mm且和內針孔同心的圓上，內凹槽圓心位于半徑0.96mm且和內針孔同心的圓上。12槽內針孔設計為：外凸齒和內凹槽半徑均為0.06mm，外凸齒圓心位于半徑0.9mm且和內針孔同心的圓上，內凹槽圓心位于半徑0.917mm且和內針孔同心的圓上。

優(yōu)選地，所述雙層噴孔的出口與凝結池之間的間距為1～3cm，進一步優(yōu)選為2cm。

噴絲頭底平面到凝結池的水平面的距離稱為空氣間隙高度?？諝忾g隙高度這一重要參數(shù)對導管固化定型有直接影響，制備導管時需要空氣間隙高度進行調節(jié)，電動升降平臺的上下位移實現(xiàn)了上述調節(jié)功能。

進一步優(yōu)選，所述噴頭由上下兩部分組成，上半部分帶有位于中心處的豎向孔和位于側壁上的橫向孔，所述豎向孔和橫向孔分別通過快裝接頭連接對應的微量注射泵；下半部的頂面帶有一個內凹的所述噴腔，噴腔與所述豎向通孔之間通過若干連通通道連通，噴腔的底部帶有一段連通至下半部底面的所述外層噴孔；一根90°彎折的管道一端連通橫向孔、另一端依次穿過噴腔和外層噴孔并延伸出外層噴孔外，該管道貫穿外層噴孔的部分為所述內層噴孔。

凝結池的深度為1～2m。進一步優(yōu)選凝結池的深度在1.5m，直徑為0.5m，在保證操作空間的同時，既可以靈活調整空氣層高度，也可以保證紡絲過程中，噴絲頭和凝結池底部有足夠的距離讓神經(jīng)導管穩(wěn)定成形，減少水面和池底觸碰對紡絲過程的影響。

優(yōu)選地，所述升降平臺包括升降機構和安裝在升降機構頂部的平臺臺面。

進一步地，所述升降機構包括螺旋式升降機、電機和連接電機輸出軸與螺旋式升降機的減速齒輪。電機通過減速齒輪帶動螺桿旋轉，通過螺旋式升降機構帶動平臺升降。

進一步地，所述平臺臺面由相互貼合并固定連接的固定板和安裝板組成，所述固定板與螺旋式升降機頂部固定，所述微量注射泵和噴絲頭安裝在安裝板頂面。

進一步地，所述升降平臺上還設有電氣控制盒。

平臺的升降還可通過現(xiàn)有其他現(xiàn)有方式實現(xiàn)。

本發(fā)明還提供一種利用所述制備裝置制備神經(jīng)導管的方法，包括如下步驟：

將聚合物溶液和凝結劑分別由對應的微量注射泵注入外層噴孔和內層噴孔中，由雙層噴孔擠出成型，經(jīng)噴孔雙層噴孔出口與凝結池之間的空氣間隙后進入至凝結池中，待中空薄膜管體外形穩(wěn)定后，從凝結池中取出聚合物神經(jīng)導管樣品；將所得聚合物神經(jīng)導管樣品去離子水洗滌去除多余溶劑后即得。

本發(fā)明的方法是一種能一次成型制備內壁具有縱向溝槽結構的聚合物神經(jīng)導管的加工方法。在此方法中，內壁上的縱向溝槽結構在制備過程中與神經(jīng)導管同時形成，且結構形狀均勻穩(wěn)定，避免了二次加工等額外程序。

干-濕紡絲法是一種制備中空管狀膜的工藝，將聚合物溶液和非溶劑(或其他溶液)分別用微量注射泵注入噴絲頭中，這兩相不相溶的溶液經(jīng)過一段空氣段或者其他控制氣氛后浸入凝結池中，固化形成中空管狀膜。紡絲過程的工藝參數(shù)對神經(jīng)導管以及內壁上溝槽的幾何尺度都有顯著的影響，因此通過對工藝參數(shù)的調整可以控制成形后神經(jīng)導管的幾何特征。其中主要的紡絲工藝參數(shù)包括：噴絲頭規(guī)格，聚合物溶液擠出速率、非溶劑擠出速率、聚合物溶液濃度和空氣間隙高度等。

優(yōu)選地，所述聚合物溶液的擠出速率為0.8-2.6ml/min。

凝結劑(非溶劑或其他溶液)的擠出速率0.8-2.8ml/min。

優(yōu)選地，所述聚合物可為聚丙烯腈、聚乳酸-羥基乙酸共聚物等，溶解聚合物的溶劑可為二甲基亞砜等；所述凝結劑可為水等。

具體的，包括如下步驟：

(1)將聚合物溶質溶解于溶劑中形成聚合物溶液，靜置去除溶液中的氣泡后，干燥密封保存；

(2)將聚合物溶液和非溶劑(即凝結劑)分別放入兩個注射器中，注射器的注射速率分別由兩臺微量注射泵控制；

(3)噴絲頭干燥處理后放置在升降平臺上，噴絲頭入口處與注射器用軟管連接，調節(jié)升降平臺高度以調節(jié)噴絲頭出口和凝結池水平面之間的空氣間隙高度，并對加工平臺進行水平調整，使噴絲頭底部出口保持水平；

(4)通過微量注射泵驅動注射器將聚合物溶液和非溶劑注入噴絲頭，從噴絲頭出口處擠出，經(jīng)空氣間隙段后進入凝結池，當中空纖維外形穩(wěn)定后，從凝結池中取得穩(wěn)定的聚合物神經(jīng)導管樣品；

(5)將收集的神經(jīng)導管樣品浸泡于去離子水中或者用去離子水沖洗，去除多余的溶劑后，通過顯微鏡對神經(jīng)導管的幾何尺寸進行測量。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明一次成型制備內壁具有縱向溝槽結構的聚合物神經(jīng)導管，在此方法中，內壁上的縱向溝槽結構在制備過程中與神經(jīng)導管同時形成，且結構形狀均勻穩(wěn)定，避免了二次加工等額外程序。

附圖說明

圖1是發(fā)明制備裝置的正視圖。

圖2是本發(fā)明制備裝置的俯視圖。

圖3是本發(fā)明制備裝置的左視圖。

圖4是升降機構的機構的機構示意圖。

圖5是本發(fā)明噴絲頭的結構示意圖。

圖6是本發(fā)明噴絲頭的分體示意圖。

圖7是本發(fā)明噴絲頭的剖視圖。

圖8是圖7中A部分的放大圖。

圖9是本發(fā)明噴絲頭內孔12個溝槽的截面圖。

圖10是本發(fā)明噴絲頭內孔16個溝槽的截面圖。

圖11是本發(fā)明噴絲頭內孔24個溝槽的截面圖。圖12A～圖12D是實施例1和2制備得到的神經(jīng)導管的截面圖。

圖中所示附圖標記如下：

1-底座 2-高度調節(jié)螺栓 3-升降平臺

4-升降機構 5-平臺臺面 6-電氣控制盒

7-第一微量注射泵 8-第二微量注射泵 9-噴絲頭

10-水平儀 11-快裝接頭 12-軟管

13-凝結池

91-噴頭上半部 92-噴頭下半部 93-豎向孔

94-連通通道 95-橫向孔 96-噴腔

97-內層噴孔 98-外層噴孔 99-溝槽

41-螺旋式升降機 42-減速齒輪 43-電機

具體實施方式

如圖1～11所示，一種具有接觸性引導功能的神經(jīng)導管的制備裝置，包括底座1，底座1的四角處設有高度調節(jié)螺栓2，底座2上安裝一個升降平臺3，升降平臺3包括安裝在底座上的升降機構4和固定升降機構頂端的平臺平面5，升降機構4的結構如圖11所示，包括螺旋式升降機41、電機43和連接電機輸出軸與螺旋式升降機螺桿的減速齒輪42，電機固定在底座上，由電機驅動升降平臺的升降，升降平臺的升降方式本身可采用現(xiàn)有技術實現(xiàn)，平臺臺面上還設有電氣控制盒6，電機、第一微量注射泵和第二微量注射泵均接入該電氣控制盒。

平臺臺面5包括相互貼合且固定連接的固定板和安裝板，固定板與螺旋式升降機頂部固定，安裝板上安裝第一微量注射泵7、第二微量注射泵8和噴絲頭9，噴絲頭9通過固定座安裝，固定座任一相鄰兩側設置互成90°夾角的水平儀10。

平臺平面下方且位于噴絲頭正下方設置凝結池13，凝結池13的深度為深度為1～2m，本實施方式中深度為1.5m，直徑為0.5m，與噴絲頭出口之間的垂直距離為2cm左右。

本發(fā)明的主要改進點在于噴絲頭的結構改進，噴絲頭9的結構如圖5～圖11所示，由兩部分組成(噴頭上半部91和噴頭下半部92)，整體結構和分體結構如圖5和圖6所示。

噴絲頭的剖視圖如圖7和圖8所示，噴頭上半部內開設一個豎向孔93和一個橫向孔95，豎向孔位于噴頭上半部的中心處，橫向孔位于噴頭上半部的側壁上，兩個快裝接頭11分別與豎向孔和橫向孔螺紋連接，兩個快裝接頭分別通過軟管12連接對應的微量注射泵。

噴頭下半部92頂面帶有一個內凹的噴腔96，噴腔96的底部通過一端通孔連通至噴頭下半部的下方(通孔底部開口位于下半部底面上)，該通孔為雙層噴孔的外層噴孔98，豎向通孔93與噴腔96之間通過均勻分布的連通通道94連通，一根90°彎折的硬質管道一端連通橫向孔95、一端依次穿過噴腔和外層噴孔后延伸出噴頭下半部，貫穿外層噴孔的部分構成雙層噴孔的內層噴孔97，硬質管道的90°彎折部分對應的噴頭上半部為實心結構，均勻分布的連通通道94即圍繞該實心結構部分均勻分布，本實施方式中設置為4～6條連通通道。

內層噴孔97的外壁上具有溝槽99，溝槽為縱向溝槽，沿內層噴孔軸向延伸，其橫截面圖如圖9～11所示，縱向溝槽的橫截面形狀為圓形，內凹和外凸的圓形形成溝槽結構，縱向溝槽的橫截面圓心根據(jù)溝槽深度位于不同半徑且與內層噴孔同心的圓上。

內層噴孔的外壁上均勻分布12～24個溝槽，內層噴孔的內徑為0.5～0.8mm、外徑隨噴絲頭溝槽數(shù)目和溝槽深度變化，溝槽的深度為0.05mm～0.15mm。

12個溝槽的內孔截面圖如圖9所示，外凸齒和內凹槽半徑均為0.14mm，外凸齒圓心位于半徑0.843mm且與內針孔同心的圓上，內凹槽圓心位于半徑0.99mm和內針孔同心的圓上。

16個溝槽的內孔截面圖如圖10所示，外凸齒和內凹槽半徑均為0.12mm，外凸齒圓心位于半徑0.841mm且和內針孔同心的圓上，內凹槽圓心位于半徑0.96mm且和內針孔同心的圓上。

24個溝槽的內孔截面圖如圖11所示，外凸齒和內凹槽半徑均為0.06mm，外凸齒圓心位于半徑0.9mm且和內針孔同心的圓上，內凹槽圓心位于半徑0.917mm且和內針孔同心的圓上。

通過該裝置制備神經(jīng)導管的方法如下：

(1)將聚合物溶質溶解于溶劑中形成聚合物溶液，靜置去除溶液中的氣泡后，干燥密封保存；

(2)將聚合物溶液和非溶劑分別放入兩個注射器中，注射器的注射速率分別由兩臺微量注射泵控制；

(3)噴絲頭干燥處理后放置在升降平臺上，噴絲頭入口處與注射器用軟管連接，用平臺升降控制器調節(jié)噴絲頭出口和凝結池水平面之間的空氣間隙高度，并對加工平臺進行水平調整，使噴絲頭底部出口保持水平；

(4)通過微量注射泵驅動注射器將聚合物溶液和非溶劑注入噴絲頭，從噴絲頭出口處擠出，經(jīng)空氣間隙段后進入凝結池，當中空纖維外形穩(wěn)定后，從凝結池中取得穩(wěn)定的聚合物神經(jīng)導管樣品；

(5)將收集的神經(jīng)導管樣品浸泡于去離子水中或者用去離子水沖洗，去除多余的溶劑后，通過顯微鏡對神經(jīng)導管的幾何尺寸進行測量。

通過本發(fā)明裝置和方法制備神經(jīng)導管的具體實施例如下：

實施例1、制備聚丙烯腈神經(jīng)導管

本實施例中聚合物材料為聚丙烯腈(PAN)，溶劑材料為二甲基亞砜(DMSO)，非溶劑和凝結劑材料均為去離子水。將聚丙烯腈溶解于二甲基亞砜中，形成濃度為6-10w/w％的聚合物溶液。聚合物溶液在常溫下攪拌8小時使聚合物能夠均勻溶解，靜置12小時去除溶液中的氣泡后，干燥密封保存。將聚丙烯腈溶液和去離子水分別放入兩個進樣針中，在微量注射泵控制下，聚合物溶液和去離子水的流速控制范圍均為0.5–3ml/min。分別采用外壁光滑內孔噴絲頭和內孔具有12、16溝槽的噴絲頭進行制備，空氣間隙高度設置為2cm。聚合物溶液和去離子水從噴絲頭擠出后經(jīng)空氣間隙段后進入凝結池，當流場穩(wěn)定后從凝結池中取得穩(wěn)定的聚合物神經(jīng)導管樣品。將收集的神經(jīng)導管樣品浸泡于去離子水中24小時，去除多余的溶劑。通過顯微鏡觀察，所得中空神經(jīng)導管的截面如圖12A～圖12C所示，其中圖12A為內壁光滑的聚丙烯腈神經(jīng)導管，圖12B為有12個溝槽的聚丙烯腈神經(jīng)導管，圖12C為16個溝槽的聚丙烯腈神經(jīng)導管。

實施例2、制備聚乳酸-羥基乙酸共聚物神經(jīng)導管

本實例中聚合物材料為聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)，溶劑材料為二甲基亞砜(DMSO)，非溶劑和凝結劑材料均為去離子水。將聚乳酸-羥基乙酸共聚物溶解于二甲基亞砜中，形成濃度為15-25w/w％的聚合物溶液。聚乳酸-羥基乙酸共聚物在塊狀條件下溶解較慢，可使用超聲波清洗機振動少許時間以加快溶解速度。聚合物溶液在常溫下攪拌8小時使聚合物能夠均勻溶解，靜置12小時去除氣泡后，干燥密封保存。將聚乳酸-羥基乙酸共聚物溶液和去離子水分別放入兩個進樣針中，在微量注射泵控制下，聚合物溶液和去離子水的流速控制范圍均為0.5–2ml/min。分別采用光滑內孔噴絲頭和內孔具有12、16溝槽的噴絲頭進行制備，空氣間隙高度設置為2cm。聚合物溶液和去離子水從噴絲頭擠出后經(jīng)空氣間隙段后進入凝結池，當流場穩(wěn)定后從凝結池中取得穩(wěn)定的聚合物神經(jīng)導管樣品。將收集的神經(jīng)導管樣品用去離子水進行沖洗，去除導管中多余的溶劑，干燥保存以防止聚乳酸-羥基乙酸共聚物在水中降解。通過顯微鏡觀察，所得內壁有12個溝槽的PLGA神經(jīng)導管的截面如圖12D所示。

以上所述僅為本發(fā)明專利的具體實施案例，但本發(fā)明專利的技術特征并不局限于此，任何相關領域的技術人員在本發(fā)明的領域內，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。