人工血管的远期通畅性是小口径人工血管研究的重点和难点,组织工程技术是解决小口径人工血管远期通畅性问题的潜在有效途径。然而目前仍存在体外培养操作复杂、易感染等困难,影响其临床化进程。原位组织工程人工血管以生物混合型血管为基础,植入体内后,在发挥确保血液流通作用的同时,又起到支架作用。待到一定时期,这种移植血管降解,随之生长出替代的自体的血管。可避免体外培养引起的诸多问题。因此设计力学性能符合要求和具有较好生物相容性的原位组织工程人工血管成为该领域研究的焦点,也成为解决小口径人工血管远期通畅性的有效途径。然而对于原位组织工程血管,研究刚刚起步。如何设计性能优良的可降解血管支架,同时平衡力学性能和生物相容性,以满足防止急慢性血栓的形成,促进内皮化,防止疤痕组织的增生,是构建原位组织工程血管的重点和难点。针对原位组织工程血管设计的难点,本文利用聚乳酸针织结构“刚柔并济”的力学特性,能够满足组织工程支架的多孔结构和支撑性能的特点;聚己内酯基材柔软易成型、易改性的特点。制备了以织物为“骨架”结构,结合柔性高聚物,形成性能优良的复合结构可降解人工血管。并进行了血管材料表面结合肝素分子,达到抗血栓和抑制增生效果的改性。主要研究了复合结构中织物增强层/基材不同占比时,血管力学性能的差异;降解时,血管结构与力学性能退化的关系;肝素结合方式与负载量之间的关系;在肝素释放过程中,血管材料与血液、血管细胞的相互作用。具体为:第二章,设计制备仿天然血管多层结构的织物增强型复合一体化小口径人工血管(cVG)。选用美国食品药品监督管理局(FDA)批准的可移植降解材料聚己内酯(PCL)和聚乳酸(PLA),以纺织成型技术为基础,通过多次喷涂和冷冻干燥成型工艺成型两种结构的织物增强型人工血管。结果表明高密(203.72 g/cm~2)和低密(68.42 g/cm~2)两种织物形成的两种增强型血管(记为:cVG-H和cVG-L),PLA/PCL的质量比分别为1.32和0.67。PCL均匀覆盖于血管的内外表面,同时渗透入织物孔隙中。PLA纤维-PCL界面结合紧密,结构均匀,延展性良好,人工血管的几何形态与商用ePTFE血管相似。第三章,体外系统研究和评价了血管材料的力学性能,对比分析cVG-H与cVG-L的力学性能特点。研究了标准(ISO 7198:2016)规定的人工血管的轴向/径向拉伸性能、顶破性能、缝合线固位强力、顺应性能。还深入研究了人工血管的抗压缩性能和抗扭转性能。以商用ePTFE血管及同期其他原位组织工程血管研究为参照样,分析对比了两种不同结构的实验样人工血管的力学性能。结果显示,cVG血管比商用试样及其它研究中的原位血管在力学上显示出更高强的特性。其中cVG-H的周向强度是cVG-L的两倍,并且具备更好的周向顺应性。cVG-L各向异性比cVG-H试样更显著。这说明了PLA增强体占比和结构对复合血管力学性能的影响显著。此外,由于柔性PCL基材的存在,cVG也具备良好的压缩回复性能和抗扭转的性能。同时,本研究中所设计的两种结构的血管材料都无细胞毒性,非常适宜成纤维细胞的贴附和增殖。材料也不会造成溶血的发生。第四章,建立了体外不同加速降解条件(pH 3和pH 12),研究了cVG-H与cVG-L两种结构血管材料的力学性能退化的演变规律。通过力学(拉伸性能、抗压缩及回复性能)和材料结构(热学、结晶性能)的测试,分析PLA增强体和PCL基材在降解过程中变化。讨论“增强体-基材”占比对cVG性能变化的影响,以揭示复合结构材料两相之间的相互作用关系。结果显示出,即使试样的拉伸强度损失90%以上,血管仍能保持径向的压缩回复能力。这对维持血流畅通非常重要。PLA织物为cVG提供了良好的抗张性能,PCL基材则保证血管试样在受到挤压时有良好的保形性。结果显示,cVG-H的抗张强度损失较快,而cVG-L的抗压强度损失较快。PLA织物和PCL基材的不同降解速率及在cVG中的不同占比,导致cVG-H和cVG-L的抗张及抗压缩性能衰退速率不同。因此,可以通过调节PLA和PCL的含量、结构来在一定程度上调节cVG血管在降解过程中的拉伸和压缩的变化。第五章,使用两步骤:共价、离子键连用结合肝素,对复合血管的涂层PCL材料进行表面修饰,目的是构造生物相容性更好的血管内表面。首先使用间接交联法在PCL材料表面共价键接枝肝素分子;然后利用壳聚糖和肝素的所带电荷相反的性质,用层层组装的技术在材料表面固定更多的肝素分子。静电吸附的肝素可以维持其天然构象,最大限度地保留其活性。结果显示,采用适当的氨解时间(60 min),胺浓度(0.43 mol/L)可以将PCL材料表面成功氨基化。氨基化的PCL材料与羧基活化后的肝素可以进行很好的聚合反应,从而使0.60μg/cm~2的肝素接枝在材料表面。接枝了肝素的PCL适宜作为静电吸附的基材,经过5层壳聚糖和肝素的交替吸附,共有2.58μg/cm~2肝素固定在了PCL材料的表面。经过肝素化的材料表面粗糙度有所下降。表面润湿性能显著提升,接触角从76.1~o下降到27.4~o。该改性方法不会对PCL的机械性能造成损伤。材料也不会引起溶血现象的发生。第六章,基于人工血管PCL材料表面使用共价-离子联合负载肝素的试样,体外研究负载肝素的释放特性(4周),以及典型释放时间点材料与血液和细胞之间的作用关系。测试了特定释放时间点材料的抗凝血性能,全血细胞在材料上的黏附情况,内皮、平滑肌细胞在材料上的黏附和增殖情况。结果显示,肝素共价与离子吸附联合改性的PCL材料,其肝素在初始1-2 h内有约为58%的突释,一周的释放量大约为60%。剩余肝素在一个月内几乎都仍旧能够保有在PCL材料表面。相比于简单的共价交联,过共价-离子吸附联合改性后的PCL,即使经过一个月的释放,其与血液接触较长时间后仍旧能够保正良好的抗凝血效果。内皮细胞可以在改性血管材料上增殖,相比于内皮细胞,对平滑肌细胞的增殖抑制效果卓著。综上所述,本文完成了一个面向原位组织工程应用的血管的基本设计、制备和评价。该血管材料具备良好的力学性能、生物相容性、和一定的降解行为可调控性。经过表面改性,更加提升了材料表面中长期的抗凝血性能和细胞的选择黏附性能。本研究相关结果为原位再生小口径人工血管设计提供了参考和数据支持,为小口径血管移植物的发展奠定了一定的基础。