絲蛋白聚乙烯醇復合人工小血管：制備工藝與性能優(yōu)化的深度探索VIP

絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管：制備工藝與性能優(yōu)化的深度探索一、引言1.1研究背景與意義心血管疾病已成為全球范圍內威脅人類健康的重大公共衛(wèi)生問題?！吨袊难芙】蹬c疾病報告2022》指出，由于居民不健康生活方式流行、危險因素人群龐大以及人口老齡化加速，我國心血管病發(fā)病率和死亡率仍在升高，疾病負擔下降的拐點尚未出現(xiàn)。目前，我國心血管病現(xiàn)患人數(shù)達3.3億，每5例死亡中就有2例死于心血管病，在城鄉(xiāng)居民疾病死亡構成比中，心血管病占首位。血管旁路移植術是治療冠心病和外周血管疾病的重要手段，而人工血管作為該手術的關鍵材料，其性能直接影響手術效果和患者預后。一般將直徑小于6mm的人工血管定義為小口徑人工血管，相較于大口徑人工血管，小口徑人工血管在臨床應用上面臨著更多挑戰(zhàn)。小血管內血液流速緩慢，血小板易聚集，導致移植初期急性血栓的發(fā)生；內膜不完整、炎癥等因素會引發(fā)平滑肌細胞過度增殖，造成內膜增生，使小血管在長期植入時再次狹窄；此外，制備材料與吻合技術等問題導致人工血管與天然血管順應性不匹配，也容易引發(fā)內膜增生和管腔內再狹窄。這些問題使得小口徑人工血管的長期通暢率很低，嚴重限制了其臨床應用。絲蛋白具有優(yōu)異的生物相容性、可降解性以及良好的細胞親和性，已被廣泛應用于生物醫(yī)學領域，在人工血管的研究中也展現(xiàn)出良好的應用前景。然而，單一的絲蛋白材料制備的小血管存在力學性能難以滿足臨床應用的問題。聚乙烯醇是一種合成高分子材料，具有良好的力學性能、化學穩(wěn)定性和生物相容性。將絲蛋白與聚乙烯醇復合，有望結合兩者的優(yōu)勢，制備出兼具良好生物活性和力學性能的人工小血管。通過合理的制備工藝，使絲蛋白納米纖維形成仿內皮層軸向取向和模擬平滑肌層多層環(huán)形取向的結構，同時利用聚乙烯醇提高材料的力學性能，以滿足小血管對手術和使用的力學要求，為解決小口徑人工血管的臨床應用難題提供新的思路和方法。對絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的制備及性能評價進行研究，對于推動心血管疾病治療技術的發(fā)展、提高患者生活質量具有重要的現(xiàn)實意義。1.2國內外研究現(xiàn)狀小口徑人工血管的研發(fā)一直是生物醫(yī)學工程領域的研究熱點和難點。國內外眾多科研團隊從材料選擇、制備工藝、結構設計以及性能優(yōu)化等多個方面展開研究，旨在解決小口徑人工血管面臨的血栓形成、內膜增生和順應性不匹配等關鍵問題。在材料方面，天然高分子材料如絲蛋白、膠原蛋白、殼聚糖等，因其良好的生物相容性和可降解性受到廣泛關注。其中，絲蛋白具有獨特的優(yōu)勢，它不僅能支持細胞的黏附、增殖和分化，還能在體內緩慢降解，避免長期植入帶來的潛在風險。然而，絲蛋白單獨制成的人工血管力學性能較差，難以滿足臨床需求。合成高分子材料如聚乙烯醇、聚乳酸、聚氨酯等則具有較好的力學性能和加工性能。聚乙烯醇具有良好的親水性、化學穩(wěn)定性和力學強度，但其生物活性相對較低。為了綜合兩者的優(yōu)點，國內外學者開展了大量關于絲蛋白與聚乙烯醇復合人工血管的研究。國外研究團隊在絲蛋白-聚乙烯醇復合人工血管的制備技術和性能研究方面取得了一定進展。有學者通過靜電紡絲技術制備了絲蛋白-聚乙烯醇復合納米纖維膜，研究發(fā)現(xiàn)該復合膜具有較好的力學性能和細胞相容性。在優(yōu)化復合工藝方面，有研究采用共混溶液澆鑄法，探索了不同絲蛋白與聚乙烯醇比例對復合膜結構和性能的影響，結果表明，當兩者比例適當時，復合膜在拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能指標上有顯著提升，同時細胞黏附和增殖實驗也顯示出良好的生物活性。此外，一些研究關注復合人工血管的微觀結構設計，通過調控靜電紡絲參數(shù)，如電壓、流速、接收距離等，實現(xiàn)納米纖維的取向排列，以模擬天然血管的微觀結構，提高血管的生物活性和力學性能。國內科研團隊在這一領域也進行了深入研究。在制備工藝創(chuàng)新方面，有團隊利用冷凍-解凍法制備了絲蛋白-聚乙烯醇復合水凝膠人工血管，該方法通過控制冷凍速率和次數(shù)，調控水凝膠的孔徑和孔隙率，使其更接近天然血管的結構，有利于細胞的長入和組織的再生。在性能優(yōu)化方面，國內學者通過對復合人工血管進行表面改性，如接枝抗凝分子、生長因子等，提高其抗凝血性能和細胞親和性。例如，有研究將肝素接枝到絲蛋白-聚乙烯醇復合人工血管表面，顯著降低了血小板的黏附率，有效提高了血管的抗凝血性能。此外，國內研究人員還關注復合人工血管的體內植入效果，通過動物實驗評估其長期通暢率和組織相容性，為臨床應用提供了重要的實驗依據(jù)。盡管國內外在絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的研究上取得了一定成果，但仍存在一些不足和待解決的問題。在制備工藝方面，目前的方法難以精確控制復合體系中絲蛋白和聚乙烯醇的分布與相互作用，導致產品性能的一致性和穩(wěn)定性較差。在性能方面，復合人工血管的力學性能與天然血管相比仍有差距，尤其是在承受長期脈動血流沖擊時的耐久性不足；同時，其抗凝血性能和生物活性還需要進一步提高，以降低血栓形成和內膜增生的風險。在結構仿生方面，雖然部分研究嘗試模擬天然血管的微觀結構，但對于復雜的血管多級結構和功能的仿生仍不夠完善，如何通過結構設計更好地促進血管的功能再生仍是一個挑戰(zhàn)。1.3研究內容與方法1.3.1研究內容本研究主要聚焦于絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的制備及性能評價，具體研究內容如下：絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的制備：采用特定的制備工藝，如靜電紡絲技術、冷凍-解凍法或溶液澆鑄法等，將絲蛋白與聚乙烯醇進行復合。探索不同的制備條件，包括絲蛋白與聚乙烯醇的比例、溶液濃度、紡絲電壓、冷凍速率等因素對復合人工小血管微觀結構和性能的影響。通過優(yōu)化制備工藝，制備出具有良好力學性能和生物活性的絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管。例如，利用靜電紡絲技術制備復合納米纖維膜時，研究不同電壓下納米纖維的直徑和取向分布，以及不同絲蛋白與聚乙烯醇比例對纖維膜力學性能的影響；采用冷凍-解凍法制備復合水凝膠人工血管時，考察冷凍速率和次數(shù)對水凝膠孔徑和孔隙率的影響，以及不同聚合物濃度對水凝膠力學性能的作用。復合人工小血管的結構表征：運用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、X射線衍射（XRD）等分析技術，對制備的絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的微觀結構、化學組成和結晶形態(tài)進行表征。通過SEM觀察復合人工小血管的表面和截面形貌，了解納米纖維的排列方式和孔徑大小；利用TEM研究絲蛋白和聚乙烯醇在復合體系中的微觀分布；借助FT-IR和XRD分析復合前后分子結構和結晶狀態(tài)的變化，從而明確制備工藝與材料結構之間的關系。復合人工小血管的力學性能評價：通過拉伸測試、爆破壓力測試、疲勞測試等實驗，評估絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的力學性能。測定復合人工小血管的拉伸強度、斷裂伸長率、彈性模量等參數(shù)，以評價其在軸向拉伸載荷下的力學性能；進行爆破壓力測試，確定復合人工小血管在承受內部壓力時的極限強度；開展疲勞測試，模擬血管在長期脈動血流作用下的力學響應，考察復合人工小血管的耐久性。將復合人工小血管的力學性能與天然血管進行對比，分析其是否滿足臨床應用的力學要求。復合人工小血管的生物性能評價：從細胞相容性、抗凝血性和組織相容性等方面對絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的生物性能進行評價。采用細胞培養(yǎng)實驗，如內皮細胞和平滑肌細胞的接種和培養(yǎng)，通過細胞增殖實驗（如MTT法）、細胞黏附實驗和細胞形態(tài)觀察等方法，評估復合人工小血管對細胞生長和功能的影響；利用動態(tài)凝血時間測試、血小板黏附實驗等方法，研究復合人工小血管的抗凝血性能；通過動物實驗，將復合人工小血管植入動物體內，觀察其在體內的組織反應、血管內皮化情況和長期通暢率，評估其組織相容性和體內性能。復合人工小血管的性能優(yōu)化：基于結構表征和性能評價的結果，針對絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管存在的性能缺陷，如力學性能不足、抗凝血性不理想等問題，提出相應的優(yōu)化策略。通過表面改性，如接枝抗凝分子、生長因子等，提高復合人工小血管的抗凝血性能和細胞親和性；采用物理或化學方法對復合體系進行處理，改善絲蛋白與聚乙烯醇之間的相互作用，增強復合人工小血管的力學性能；進一步優(yōu)化制備工藝，探索新的制備方法或改進現(xiàn)有方法，以提高復合人工小血管性能的一致性和穩(wěn)定性。1.3.2研究方法為實現(xiàn)上述研究內容，本研究擬采用以下研究方法：實驗研究法：按照既定的制備工藝，合成不同配方和結構的絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管樣品。運用各種材料分析儀器和設備，對復合人工小血管的微觀結構和性能進行測試和表征。搭建細胞培養(yǎng)和動物實驗平臺，開展細胞相容性、抗凝血性和組織相容性等生物性能評價實驗。通過控制變量法，系統(tǒng)研究制備工藝參數(shù)和材料組成對復合人工小血管性能的影響，為工藝優(yōu)化和性能改進提供實驗依據(jù)。對比研究法：將制備的絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管與單一絲蛋白人工血管、聚乙烯醇人工血管以及天然血管進行對比研究。對比分析不同材料人工血管的微觀結構、力學性能、生物性能等方面的差異，明確絲蛋白與聚乙烯醇復合的優(yōu)勢和不足，從而為復合人工小血管的性能優(yōu)化提供參考。同時，對比不同制備工藝和優(yōu)化策略對復合人工小血管性能的影響，篩選出最佳的制備工藝和優(yōu)化方案。文獻研究法：廣泛查閱國內外關于絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管以及相關領域的文獻資料，了解該領域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和存在的問題。對已有的研究成果進行歸納總結和分析，借鑒前人的研究思路和方法，為本研究提供理論支持和技術參考。跟蹤最新的研究動態(tài)，及時調整研究方案，確保研究的創(chuàng)新性和前沿性。二、絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的制備原理2.1絲蛋白與聚乙烯醇的特性絲蛋白是一種天然高分子纖維蛋白，主要從家蠶等昆蟲的蠶絲中提取，其含量約占蠶絲的70％-80％。絲蛋白具有獨特的結構和性能，在生物醫(yī)學領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。從結構上看，絲蛋白由結晶區(qū)和非結晶區(qū)組成。結晶區(qū)賦予了絲蛋白高韌性和抗拉伸能力，使其在一定程度上能夠承受外力的作用；非結晶區(qū)則提供了高延展性和彈性，使絲蛋白具備良好的柔韌性。這種特殊的結構使得絲蛋白具有優(yōu)良的力學性能，在一些需要一定機械強度的醫(yī)療應用中具有重要價值。在生物相容性方面，絲蛋白表現(xiàn)出色。它與人體組織能夠和諧共處，不易引發(fā)免疫反應。這一特性使得絲蛋白在組織工程和醫(yī)療器械領域備受關注。當絲蛋白用于人工血管等植入物時，不會被人體免疫系統(tǒng)識別為外來異物而遭到排斥，為其在體內長期穩(wěn)定發(fā)揮作用提供了保障。同時，絲蛋白還具有良好的細胞親和性，能夠支持細胞的黏附、增殖和分化。研究表明，內皮細胞、平滑肌細胞等可以在絲蛋白材料表面良好地生長和鋪展，這對于促進血管組織的再生和修復具有重要意義?？山到庑砸彩墙z蛋白的一大顯著特性。在人體內，絲蛋白能夠被逐漸降解和吸收，并且降解時間可以通過一定的方法進行調控。其降解產物安全無害，不會對人體造成不良影響。這一特性使得絲蛋白在體內植入應用中避免了長期留存帶來的潛在風險。隨著組織的修復和再生，絲蛋白逐漸降解并被吸收，為新生組織騰出空間，符合人體生理過程的需求。此外，絲蛋白還富含18種氨基酸，這些氨基酸有助于促進皮膚修復和細胞再生，在傷口愈合、組織修復等方面發(fā)揮著積極作用。聚乙烯醇（PVA）是一種典型的水溶性高分子聚合物，其分子結構中含有大量的羥基，這賦予了它許多獨特的性能。在力學性能方面，聚乙烯醇具有良好的強度和韌性。與一些天然高分子材料相比，聚乙烯醇能夠承受較大的外力而不易發(fā)生斷裂。其拉伸強度和彈性模量等力學參數(shù)使其適合用于需要承受一定機械負荷的材料制備。例如，在一些工業(yè)應用中，聚乙烯醇被用于制造高強度的纖維和薄膜。在人工血管的制備中，聚乙烯醇可以為復合血管提供必要的力學支撐，使其能夠承受血流的沖擊和血管周圍組織的壓力。聚乙烯醇具有良好的水溶性。由于分子鏈上羥基的存在，聚乙烯醇能夠在水中溶解形成均勻的溶液。這一特性使其在材料加工過程中具有很大的優(yōu)勢。通過溶液加工的方式，可以方便地將聚乙烯醇與其他材料進行混合和復合。在制備絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管時，可以將聚乙烯醇溶解在適當?shù)娜軇┲?，然后與絲蛋白溶液進行均勻混合，為后續(xù)的成型工藝提供便利。同時，水溶性也使得聚乙烯醇在生物醫(yī)學應用中具有良好的生物利用度。它可以在體內生理環(huán)境中迅速分散和溶解，有利于藥物的釋放和吸收。聚乙烯醇還具有較好的化學穩(wěn)定性。在一定的溫度、pH值和化學環(huán)境下，聚乙烯醇的分子結構不易發(fā)生變化。這使得它能夠在不同的條件下保持性能的穩(wěn)定。在人工血管的應用中，化學穩(wěn)定性確保了聚乙烯醇不會在體內復雜的生理環(huán)境中發(fā)生降解或化學反應，從而保證了人工血管的長期有效性和安全性。此外，聚乙烯醇還具有良好的成膜性和黏接力。它可以形成均勻、致密的薄膜，并且能夠與其他材料牢固地結合在一起。在制備復合人工小血管時，聚乙烯醇的成膜性有助于形成穩(wěn)定的血管結構，而黏接力則增強了絲蛋白與聚乙烯醇之間的相互作用，提高了復合體系的穩(wěn)定性。2.2復合原理及優(yōu)勢絲蛋白與聚乙烯醇復合形成人工小血管的原理基于兩者的分子結構和性能特點。從分子層面來看，絲蛋白分子中含有豐富的氨基（-NH?）、羧基（-COOH）和羥基（-OH）等官能團，聚乙烯醇分子中則含有大量的羥基。這些官能團之間可以通過氫鍵、靜電作用等相互作用形成穩(wěn)定的復合體系。在制備過程中，當絲蛋白溶液與聚乙烯醇溶液混合時，絲蛋白分子和聚乙烯醇分子通過這些相互作用相互纏繞、交織在一起，從而實現(xiàn)復合。在形成仿血管結構方面，利用絲蛋白納米纖維在特定條件下的取向排列特性，如在電場作用下，絲蛋白納米纖維能夠定向遷移和排列。通過合理設計制備工藝，如采用環(huán)形電場和冷凍熔融等方法，可使絲蛋白納米纖維在復合體系中形成內層仿內皮層軸向取向和模擬平滑肌層多層環(huán)形取向的結構。內層的軸向取向結構類似于天然血管內皮層的結構，有利于內皮細胞的黏附、生長和鋪展，促進血管內皮化，提高血管的抗凝血性能；外層的多層環(huán)形取向結構則模擬了天然血管平滑肌層的結構，有助于增強血管的力學性能，使其能夠承受血流的周向應力。聚乙烯醇在復合體系中主要起到增強力學性能的作用。聚乙烯醇本身具有良好的力學性能，當它與絲蛋白復合后，通過分子間的相互作用，如氫鍵作用，與絲蛋白形成緊密的網(wǎng)絡結構。這種網(wǎng)絡結構能夠有效地分散和傳遞應力，從而提高復合人工小血管的拉伸強度、彈性模量等力學性能指標。同時，聚乙烯醇的存在還可以改善復合體系的加工性能，使其更容易成型為所需的血管形狀。將絲蛋白與聚乙烯醇復合制備人工小血管具有諸多優(yōu)勢。從生物活性方面來看，絲蛋白的良好生物相容性和細胞親和性得以保留。內皮細胞和平滑肌細胞能夠在復合人工小血管表面和內部良好地黏附、增殖和分化，這為血管組織的再生和修復提供了有利條件。研究表明，在復合人工小血管上培養(yǎng)的內皮細胞能夠形成連續(xù)的內皮單層，有效地抑制血小板的黏附和血栓的形成；平滑肌細胞能夠正常增殖并分泌細胞外基質，促進血管組織的成熟和穩(wěn)定。復合人工小血管還具有一定的可降解性，隨著血管組織的再生，絲蛋白逐漸降解被吸收，避免了長期植入帶來的潛在風險。在力學性能方面，復合人工小血管相較于單一絲蛋白人工血管有顯著提升。聚乙烯醇的加入彌補了絲蛋白力學性能的不足，使復合人工小血管能夠滿足小血管在體內承受血流沖擊和外部壓力的力學要求。通過調整絲蛋白與聚乙烯醇的比例和制備工藝，可以精確調控復合人工小血管的力學性能，使其更接近天然血管的力學特性。在實際應用中，復合人工小血管能夠承受一定的拉伸和彎曲變形而不發(fā)生破裂或損壞，保證了血管在手術植入和長期使用過程中的穩(wěn)定性和可靠性。從材料成本和制備工藝角度考慮，絲蛋白來源廣泛，可從家蠶等昆蟲的蠶絲中提取，聚乙烯醇是一種常見的合成高分子材料，價格相對較為穩(wěn)定。兩者復合制備人工小血管的工藝相對簡單，如靜電紡絲技術、冷凍-解凍法等，易于實現(xiàn)規(guī)模化生產。這使得復合人工小血管在成本上具有一定優(yōu)勢，有利于其在臨床應用中的推廣和普及。2.3相關理論基礎在絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的制備過程中，涉及到多種重要的理論，這些理論為理解制備工藝和材料性能提供了關鍵的支撐。電場誘導理論在絲蛋白納米纖維的取向排列中起著核心作用。根據(jù)電動力學原理，當絲蛋白納米纖維處于電場中時，由于其表面帶有電荷，會受到電場力的作用。具體而言，絲蛋白納米纖維表面的電荷分布不均勻，在電場作用下，會產生偶極矩，從而導致納米纖維受到電場力的牽引。這種電場力促使絲蛋白納米纖維在溶液中發(fā)生定向遷移和排列。在環(huán)形電場裝置中，外部管狀負電極和內部圓柱狀正電極之間形成的電場，使得絲蛋白納米纖維在電場力的作用下向正極附近移動，并逐漸聚集和固化。在這個過程中，納米纖維沿著電場方向排列，從而在血管內壁形成仿內皮層的軸向取向結構，在管壁其他部分形成模擬平滑肌層的多層環(huán)形取向結構。通過調整電場的參數(shù)，如電壓、電場作用時間等，可以精確控制絲蛋白納米纖維的取向和排列程度。研究表明，隨著電壓的升高，絲蛋白納米纖維的取向更加明顯，排列更加緊密；電場作用時間的延長也有助于納米纖維形成更加穩(wěn)定和有序的取向結構。結晶理論對于理解復合人工小血管的結構和性能至關重要。結晶是指物質從無序的液態(tài)或氣態(tài)轉變?yōu)橛行虻墓虘B(tài)晶體結構的過程。在絲蛋白-聚乙烯醇復合體系中，結晶主要涉及聚乙烯醇的結晶行為。聚乙烯醇分子鏈具有一定的規(guī)整性，在適當?shù)臈l件下，如通過冷凍-復融、溫度誘導結晶或溶劑誘導結晶等方法，可以促使聚乙烯醇分子鏈段有序排列，形成結晶結構。在冷凍-復融過程中，當混合溶液被冷凍時，溶劑水逐漸結晶形成冰晶，聚乙烯醇分子鏈則被排擠到冰晶之間的空隙中。隨著溫度的降低，聚乙烯醇分子鏈在這些空隙中逐漸排列整齊，形成結晶區(qū)域。當溫度升高進行復融時，冰晶融化，而聚乙烯醇的結晶結構得以保留。這種結晶結構的形成對復合人工小血管的性能產生重要影響。結晶區(qū)域的存在增強了分子鏈之間的相互作用力，提高了材料的力學性能，如拉伸強度和彈性模量。結晶結構還可以影響材料的溶解性和穩(wěn)定性，使復合人工小血管在生理環(huán)境中更加穩(wěn)定。通過調整結晶條件，如冷凍速率、結晶溫度等，可以調控聚乙烯醇的結晶度和結晶形態(tài)，從而優(yōu)化復合人工小血管的性能。交聯(lián)理論在復合人工小血管的制備中也具有重要意義。交聯(lián)是指通過化學鍵或物理相互作用將高分子鏈連接在一起，形成三維網(wǎng)絡結構的過程。在絲蛋白-聚乙烯醇復合體系中，交聯(lián)可以通過化學交聯(lián)和光化學交聯(lián)等方式實現(xiàn)。化學交聯(lián)通常使用交聯(lián)劑，如HRP、1-乙基-3-（3-二甲基氨丙基）碳化二亞胺和N-羥基琥珀酰亞胺等。這些交聯(lián)劑能夠與絲蛋白和聚乙烯醇分子中的官能團發(fā)生化學反應，形成共價鍵，從而將分子鏈連接在一起。光化學交聯(lián)則是利用紫外光或可見光照射含有光交聯(lián)官能團的復合體系，使官能團發(fā)生反應，實現(xiàn)交聯(lián)。交聯(lián)后的復合體系形成了更加穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡結構。這種結構顯著增強了材料的力學性能，使復合人工小血管能夠承受更大的外力。交聯(lián)還可以改善材料的耐水性和化學穩(wěn)定性，減少材料在生理環(huán)境中的降解和溶出。通過控制交聯(lián)劑的種類和用量、光照強度和時間等參數(shù)，可以精確控制交聯(lián)程度，從而獲得具有理想性能的復合人工小血管。三、制備方法與流程3.1實驗材料與儀器實驗材料選用的絲蛋白為從家蠶繭中提取的再生絲素蛋白，其純度高，蛋白結構完整，有利于保證實驗結果的穩(wěn)定性和可靠性。聚乙烯醇選用型號為PVA1788的產品，該型號的聚乙烯醇具有良好的水溶性和適中的聚合度，在與絲蛋白復合過程中，能夠與絲蛋白分子充分相互作用，形成穩(wěn)定的復合體系。其醇解度為88%，平均聚合度為1750±50，在實驗中能為復合人工小血管提供良好的力學性能支撐。其他輔助材料包括甲酸，作為絲蛋白的溶劑，其純度為分析純，能夠有效溶解絲蛋白，形成均勻的溶液，有利于后續(xù)與聚乙烯醇的混合和加工；戊二醛，作為交聯(lián)劑，其質量分數(shù)為25%，在復合人工小血管的制備過程中，用于促進絲蛋白與聚乙烯醇之間的交聯(lián)反應，增強材料的力學性能和穩(wěn)定性。實驗用到的儀器包括電子天平，型號為FA2004B，精度為0.0001g，用于精確稱量絲蛋白、聚乙烯醇等實驗材料的質量，確保實驗配方的準確性；磁力攪拌器，型號為852，其攪拌速度范圍為02000r/min，能夠在不同轉速下對溶液進行均勻攪拌，使絲蛋白與聚乙烯醇充分混合；恒溫干燥箱，型號為DHG9070A，控溫范圍為室溫+5℃~250℃，用于對實驗材料進行干燥處理，去除水分，保證實驗材料的質量穩(wěn)定；靜電紡絲設備，型號為ES01，其紡絲電壓范圍為0~30kV，可通過調節(jié)電壓來控制絲蛋白納米纖維的直徑和取向，接收距離可在10~30cm范圍內調節(jié)，以獲得不同形貌和性能的納米纖維膜；掃描電子顯微鏡，型號為SU8010，分辨率為1.5nm，用于觀察復合人工小血管的微觀結構，如納米纖維的排列方式、孔徑大小等；傅里葉變換紅外光譜儀，型號為NicoletiS50，波數(shù)范圍為400~4000cm-1，能夠對復合人工小血管的化學組成進行分析，確定絲蛋白與聚乙烯醇之間的相互作用方式；萬能材料試驗機，型號為CMT4104，最大試驗力為10kN，用于測試復合人工小血管的力學性能，如拉伸強度、斷裂伸長率等。3.2制備步驟制備絲蛋白納米纖維和聚乙烯醇混合溶液：將適量的再生絲素蛋白溶解于甲酸中，在磁力攪拌器上以300r/min的速度攪拌6小時，配制成濃度為8%的絲蛋白溶液。同時，將聚乙烯醇加入去離子水中，在95℃的恒溫條件下攪拌4小時，配制成濃度為10%的聚乙烯醇溶液。按照絲蛋白與聚乙烯醇質量比為3:2的比例，將兩者溶液混合，繼續(xù)攪拌3小時，使絲蛋白和聚乙烯醇充分混合均勻，得到絲蛋白納米纖維和聚乙烯醇混合溶液。環(huán)形電場誘導成型：采用特定的環(huán)形電場裝置，其外部為管狀負極，內徑為3mm，內部中心為圓柱狀正極，直徑為1.5mm。將上述混合溶液加入管狀電極模具中作為負極，內部放置柱狀電極作為正極。設置環(huán)形電場的電壓為50V，電場作用時間為30min。在電場的作用下，絲蛋白納米纖維受到電場力的牽引，向正極附近移動并逐漸聚集、固化，形成具有內層仿內皮層軸向取向和模擬平滑肌層多層環(huán)形取向結構的絲蛋白納米纖維-聚乙烯醇凝膠管。交聯(lián)或結晶處理：將形成的絲蛋白納米纖維-聚乙烯醇凝膠管取出，進行交聯(lián)或結晶處理。采用化學交聯(lián)的方法，將凝膠管浸泡在含有HRP交聯(lián)劑的溶液中，交聯(lián)劑濃度為0.5%，在室溫下反應2小時，使絲蛋白與聚乙烯醇之間形成共價鍵，增強材料的力學性能和穩(wěn)定性?；蛘卟捎美鋬?復融的結晶方法，將凝膠管放入-20℃的冰箱中冷凍12小時，然后取出在室溫下復融，如此重復3次，促使聚乙烯醇分子鏈有序排列，形成結晶結構，提高復合人工小血管的力學性能。3.3工藝參數(shù)優(yōu)化絲蛋白納米纖維和聚乙烯醇的質量比是影響復合人工小血管性能的關鍵因素之一。研究表明，當絲蛋白納米纖維與聚乙烯醇的質量比為3:2時，復合人工小血管的綜合性能較為優(yōu)異。在此比例下，絲蛋白納米纖維能夠充分發(fā)揮其生物活性優(yōu)勢，為細胞的黏附、增殖和分化提供良好的微環(huán)境。內皮細胞在這種復合人工小血管表面能夠均勻地鋪展和生長，形成緊密的單層細胞結構，這對于提高血管的抗凝血性能具有重要意義。聚乙烯醇則能夠有效增強復合人工小血管的力學性能。通過分子間的相互作用，聚乙烯醇與絲蛋白形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構，使復合人工小血管的拉伸強度和彈性模量得到顯著提升。在模擬生理環(huán)境下的力學測試中，該比例下的復合人工小血管能夠承受較大的拉伸力和壓力，不易發(fā)生破裂和變形。當絲蛋白納米纖維的比例過高時，由于絲蛋白本身力學性能相對較弱，復合人工小血管的力學性能會受到明顯影響。在拉伸測試中，高比例絲蛋白的復合人工小血管可能在較低的應力下就發(fā)生斷裂，無法滿足臨床應用中對血管力學性能的要求。而聚乙烯醇比例過高時，雖然力學性能會有所增強，但生物活性會降低。細胞在高比例聚乙烯醇的復合人工小血管表面的黏附和增殖能力會受到抑制，不利于血管組織的再生和修復。研究還發(fā)現(xiàn)，不同的質量比會影響復合人工小血管的微觀結構。當絲蛋白納米纖維與聚乙烯醇的質量比改變時，納米纖維的排列方式和復合體系的相分離程度會發(fā)生變化，進而影響復合人工小血管的性能。電場參數(shù)對絲蛋白納米纖維的取向和復合人工小血管的結構有著顯著影響。在環(huán)形電場誘導成型過程中，電壓和電場作用時間是兩個重要的參數(shù)。當電壓為50V，電場作用時間為30min時，能夠形成較為理想的內層仿內皮層軸向取向和模擬平滑肌層多層環(huán)形取向結構。在這個電壓下，絲蛋白納米纖維受到足夠的電場力作用，能夠快速地向正極附近移動并有序排列。通過掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，內層的絲蛋白納米纖維呈現(xiàn)出明顯的軸向取向，與天然血管內皮層的結構相似，這種取向有利于內皮細胞的黏附和生長，能夠促進血管內皮化。外層的絲蛋白納米纖維形成多層環(huán)形取向，增強了血管的力學性能，使其能夠更好地承受血流的周向應力。如果電壓過低，絲蛋白納米纖維受到的電場力不足，難以實現(xiàn)有效的取向排列。在這種情況下，納米纖維的排列較為雜亂，無法形成規(guī)則的仿血管結構，導致復合人工小血管的生物活性和力學性能均下降。內皮細胞在這種結構的血管表面黏附不緊密，容易脫落，抗凝血性能也會降低。過高的電壓則可能導致絲蛋白納米纖維過度聚集和固化，形成不均勻的結構。在某些區(qū)域，納米纖維可能會過于密集，而在其他區(qū)域則相對稀疏，這會影響復合人工小血管性能的均勻性和穩(wěn)定性。電場作用時間過短，絲蛋白納米纖維來不及充分排列就已經(jīng)固化，無法形成完整的仿血管結構。而電場作用時間過長，可能會導致納米纖維的過度取向和團聚，同樣不利于復合人工小血管性能的優(yōu)化。交聯(lián)或結晶條件對復合人工小血管的力學性能和穩(wěn)定性起著關鍵作用。采用化學交聯(lián)方法，將凝膠管浸泡在含有HRP交聯(lián)劑的溶液中，交聯(lián)劑濃度為0.5%，在室溫下反應2小時，能夠顯著增強絲蛋白與聚乙烯醇之間的相互作用，提高復合人工小血管的力學性能。在交聯(lián)過程中，HRP交聯(lián)劑與絲蛋白和聚乙烯醇分子中的官能團發(fā)生化學反應，形成共價鍵，將分子鏈連接在一起，從而形成更加穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡結構。通過拉伸測試和爆破壓力測試發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)后的復合人工小血管的拉伸強度和爆破壓力明顯提高。在模擬體內脈動血流的疲勞測試中，交聯(lián)后的復合人工小血管能夠承受更多次的循環(huán)加載，表現(xiàn)出良好的耐久性。若交聯(lián)劑濃度過低，交聯(lián)反應不充分，復合人工小血管的力學性能提升不明顯。在實際應用中，可能會因為無法承受血流的沖擊而發(fā)生破裂或損壞。過高的交聯(lián)劑濃度則可能導致材料過度交聯(lián)，變得脆性增加，柔韌性降低。在彎曲和拉伸過程中，容易出現(xiàn)裂紋甚至斷裂。采用冷凍-復融的結晶方法，將凝膠管放入-20℃的冰箱中冷凍12小時，然后取出在室溫下復融，如此重復3次，能夠促使聚乙烯醇分子鏈有序排列，形成結晶結構，提高復合人工小血管的力學性能。結晶結構的形成增強了分子鏈之間的相互作用力，使復合人工小血管的彈性模量和硬度增加。在熱穩(wěn)定性方面，結晶后的復合人工小血管也表現(xiàn)出更好的性能，能夠在較高溫度下保持結構的穩(wěn)定。如果冷凍速率過快或復融時間過短，聚乙烯醇分子鏈來不及充分排列，結晶度較低，力學性能提升有限。而冷凍速率過慢或復融時間過長，可能會導致結晶形態(tài)不理想，同樣影響復合人工小血管的性能。3.4注意事項與常見問題解決在制備絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的過程中，溶液混合環(huán)節(jié)至關重要。首先，絲蛋白和聚乙烯醇溶液的濃度需精確控制。濃度過高，溶液黏度過大，不僅攪拌困難，還可能導致混合不均勻，影響后續(xù)成型和性能。例如，若絲蛋白溶液濃度過高，在攪拌過程中易形成團塊，無法與聚乙烯醇充分混合，使得復合體系中各成分分布不均，進而導致人工小血管的性能出現(xiàn)差異。濃度過低則會使成型困難，難以形成具有足夠強度的人工小血管。在配制絲蛋白溶液時，需確保其充分溶解，可適當延長攪拌時間，以獲得均勻的溶液。若絲蛋白溶解不充分，會影響復合體系的穩(wěn)定性和均一性，導致納米纖維的形成和取向受到干擾。攪拌速度和時間也需合理控制，攪拌速度過快可能引入過多氣泡，影響材料的性能；攪拌時間過短則混合不充分。在將兩種溶液混合時，應緩慢加入并持續(xù)攪拌，以促進分子間的充分相互作用。電場誘導成型過程中，電場參數(shù)的控制十分關鍵。電壓過高或電場作用時間過長，可能導致絲蛋白納米纖維過度聚集和固化。過度聚集的納米纖維會形成不均勻的結構，使人工小血管的性能下降。研究表明，過高的電壓會使絲蛋白納米纖維在短時間內迅速聚集，形成的結構疏松且不均勻，影響人工小血管的力學性能和生物活性。過低的電壓或過短的電場作用時間則無法使絲蛋白納米纖維有效取向排列。此時，納米纖維排列雜亂，無法形成仿內皮層軸向取向和模擬平滑肌層多層環(huán)形取向的結構，導致人工小血管的仿生效果不佳。在實驗過程中，需根據(jù)具體情況精確調整電場參數(shù)，并通過觀察和測試來確定最佳條件。電極的清潔和維護也不容忽視，電極表面的雜質或氧化層可能影響電場分布，導致絲蛋白納米纖維的取向不穩(wěn)定。因此，在每次實驗前，應確保電極表面清潔，定期對電極進行檢查和維護。交聯(lián)或結晶處理時，交聯(lián)劑濃度和反應時間、結晶條件的控制對復合人工小血管的性能有顯著影響。交聯(lián)劑濃度過高，會使材料過度交聯(lián)，導致脆性增加，柔韌性降低。在彎曲和拉伸過程中，過度交聯(lián)的復合人工小血管容易出現(xiàn)裂紋甚至斷裂。而交聯(lián)劑濃度過低，交聯(lián)反應不充分，復合人工小血管的力學性能提升不明顯，難以滿足臨床應用的要求。交聯(lián)反應時間也需嚴格控制，時間過長可能導致材料性能劣化，時間過短則交聯(lián)不完全。采用冷凍-復融的結晶方法時，冷凍速率和復融時間對結晶效果影響較大。冷凍速率過快，聚乙烯醇分子鏈來不及充分排列，結晶度較低，力學性能提升有限。冷凍速率過慢則可能導致結晶形態(tài)不理想，影響復合人工小血管的性能。復融時間過短，結晶結構無法充分穩(wěn)定；復融時間過長，可能會引入其他雜質或導致材料發(fā)生不必要的變化。在進行交聯(lián)或結晶處理時，需通過實驗優(yōu)化條件，確保復合人工小血管獲得良好的性能。四、性能評價指標與方法4.1力學性能4.1.1拉伸強度拉伸強度是衡量絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管在軸向拉伸載荷下抵抗斷裂能力的重要指標。其定義為材料在拉伸斷裂前所承受的最大應力，單位為MPa。拉伸強度對于人工小血管在體內承受血流的軸向拉力以及手術操作過程中的拉伸具有重要意義。若拉伸強度不足，在血管植入后，可能因血流的沖擊或周圍組織的牽拉而發(fā)生破裂，導致手術失敗和嚴重的健康風險。測試方法采用萬能材料試驗機進行拉伸測試。將制備好的絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管樣品裁剪成標準尺寸的啞鈴狀，長度為50mm，標距為20mm。在萬能材料試驗機上，將樣品兩端分別固定在夾具上，以5mm/min的拉伸速率進行勻速拉伸。在拉伸過程中，試驗機實時記錄拉力和樣品的伸長量。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，通過公式計算拉伸強度：拉伸強度=最大拉力/樣品的初始橫截面積。測試過程中，需確保樣品的安裝正確，避免樣品在夾具中打滑或受力不均勻，以保證測試結果的準確性。每組樣品測試5個平行樣，取平均值作為最終結果，并計算標準偏差，以評估數(shù)據(jù)的離散性。4.1.2爆破強度爆破強度是指絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管在承受內部壓力時發(fā)生破裂的極限壓力，單位為kPa。它反映了人工小血管在體內承受血壓的能力。在正常生理狀態(tài)下，血管需要承受一定的血壓，若爆破強度不足，人工血管可能在體內發(fā)生破裂，引發(fā)嚴重的出血等并發(fā)癥。測試方法采用水壓爆破測試裝置。將復合人工小血管樣品的一端密封，另一端連接到水壓泵上，通過水壓泵緩慢向血管內注入水，逐漸增加內部壓力。在測試過程中，使用壓力傳感器實時監(jiān)測血管內的壓力變化。當血管發(fā)生破裂時，記錄此時的壓力值，即為爆破強度。為確保測試的準確性，需對測試裝置進行校準，保證壓力傳感器的精度。同樣，每組樣品測試5個平行樣，取平均值作為爆破強度的結果，并分析數(shù)據(jù)的離散程度。在實驗過程中，要注意安全，避免因血管破裂導致水的飛濺對人員造成傷害。4.1.3縫合強度縫合強度是評估絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管在手術縫合過程中抵抗縫線撕裂能力的指標，單位為N。在血管旁路移植手術中，人工血管需要與天然血管進行縫合連接，縫合強度直接影響手術的成功率和血管的長期通暢性。若縫合強度不足，在術后的恢復過程中，縫合處可能出現(xiàn)開裂，導致血管滲漏或血栓形成。測試方法采用模擬手術縫合測試。將復合人工小血管樣品固定在特定的夾具上，模擬手術中的固定方式。使用臨床常用的縫合線和縫合針，按照標準的手術縫合方法對血管進行縫合?？p合完成后，將樣品安裝在萬能材料試驗機上，以1mm/min的速率對縫線施加拉力，直至縫線從血管上脫落或血管發(fā)生撕裂。記錄此時的拉力值，即為縫合強度。在測試過程中，要嚴格按照手術縫合的規(guī)范進行操作，確?？p合的質量和一致性。每組測試5個樣品，分析測試結果的平均值和標準偏差，以評估復合人工小血管的縫合性能。4.2生物相容性4.2.1細胞毒性細胞毒性是評估絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管對細胞存活和生長影響的重要指標，它反映了材料在與細胞接觸過程中是否會釋放有害物質，導致細胞損傷或死亡。對于人工血管而言，低細胞毒性是其安全應用的基礎，若細胞毒性過高，可能會抑制內皮細胞、平滑肌細胞等在血管表面的黏附、增殖和分化，影響血管的正常功能和組織再生。檢測方法通常采用MTT比色法。MTT是一種黃色的四唑鹽，可被活細胞內的線粒體脫氫酶還原為不溶性的藍紫色甲瓚結晶。將絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管樣品制備成浸提液，然后將培養(yǎng)的內皮細胞或平滑肌細胞接種于96孔板中，每孔加入一定量的細胞懸液，使其密度達到合適的數(shù)值，如每孔5×103個細胞。在細胞培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24小時，待細胞貼壁后，棄去原培養(yǎng)液，分別加入不同濃度的復合人工小血管浸提液，同時設置陰性對照組（加入完全培養(yǎng)基）和陽性對照組（加入含細胞毒性物質的溶液）。繼續(xù)培養(yǎng)一定時間，如48小時后，每孔加入20μLMTT溶液，其終濃度為0.5mg/mL，再孵育4小時。此時，活細胞會將MTT還原為甲瓚結晶。小心吸去上清液，每孔加入150μL二甲基亞砜（DMSO），振蕩10分鐘，使甲瓚結晶充分溶解。最后，使用酶標儀在570nm波長處測定各孔的吸光度值。通過計算細胞相對增殖率來評估細胞毒性，細胞相對增殖率=（實驗組吸光度值-空白組吸光度值）/（陰性對照組吸光度值-空白組吸光度值）×100%。根據(jù)相關標準，若細胞相對增殖率大于75%，則認為材料無細胞毒性。4.2.2溶血率溶血率用于衡量絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管與血液接觸時導致紅細胞破裂、血紅蛋白釋放的程度。在人工血管的應用中，低溶血率是保證其血液相容性的關鍵因素之一。過高的溶血率會導致血液中紅細胞數(shù)量減少，影響氧氣運輸，還可能引發(fā)一系列不良反應，如血栓形成、炎癥反應等。檢測方法一般采用體外溶血試驗。取新鮮的抗凝兔血，用生理鹽水稀釋至一定比例，如1:10。將絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管樣品裁剪成一定尺寸，如直徑10mm的圓形薄片，放入試管中。向試管中加入適量的稀釋兔血，使血液與樣品充分接觸，同時設置陰性對照組（加入生理鹽水和稀釋兔血）和陽性對照組（加入蒸餾水和稀釋兔血）。將試管置于37℃的恒溫振蕩器中，以100r/min的速度振蕩1小時。振蕩結束后，將試管以3000r/min的轉速離心5分鐘，使未破裂的紅細胞沉淀。取上清液，使用分光光度計在545nm波長處測定其吸光度值。根據(jù)公式計算溶血率：溶血率=（實驗組吸光度值-陰性對照組吸光度值）/（陽性對照組吸光度值-陰性對照組吸光度值）×100%。按照醫(yī)療器械生物學評價標準，溶血率應小于5%，以確保材料在血液接觸過程中的安全性。4.2.3組織相容性組織相容性是評價絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管在體內與周圍組織相互作用和適應能力的指標，它反映了材料植入體內后是否會引起過度的炎癥反應、免疫反應，以及是否能夠與周圍組織良好整合，促進組織的修復和再生。良好的組織相容性對于人工血管的長期穩(wěn)定運行和患者的健康恢復至關重要。檢測方法主要通過動物實驗進行。選擇合適的實驗動物，如小型豬或大鼠，在無菌條件下進行手術，將絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管植入動物的血管部位，如頸動脈或腹主動脈。在術后的不同時間點，如1周、4周、12周等，對動物進行安樂死，取出植入部位的組織和血管。通過組織學分析，將取出的組織制成石蠟切片，進行蘇木精-伊紅（HE）染色，在顯微鏡下觀察組織的形態(tài)結構，包括炎癥細胞浸潤情況、纖維組織增生程度、血管內皮化情況等。若炎癥細胞浸潤較少，纖維組織增生適度，且血管內皮化良好，表明復合人工小血管具有較好的組織相容性。還可以采用免疫組織化學染色方法，檢測與炎癥反應、組織修復相關的標志物，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-6（IL-6）、血管內皮生長因子（VEGF）等的表達水平。通過分析這些標志物的表達變化，進一步評估復合人工小血管的組織相容性。4.3血液相容性4.3.1抗凝血性抗凝血性是衡量絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管血液相容性的關鍵指標，它反映了材料與血液接觸時抑制血液凝固的能力。在血管植入體內后，若抗凝血性不佳，血液會在人工血管表面迅速凝固形成血栓，導致血管堵塞，嚴重影響血管的通暢性和功能，進而危及患者生命。因此，良好的抗凝血性是人工血管能夠成功應用于臨床的重要前提。檢測方法常采用動態(tài)凝血時間測試。具體操作是將絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管樣品裁剪成一定尺寸，如長3cm、寬1cm的條狀。將樣品置于特制的動態(tài)凝血測試裝置中，該裝置模擬人體血液循環(huán)的動態(tài)環(huán)境，能夠控制血液的流速和壓力。向裝置中加入適量的新鮮抗凝血液，血液在裝置中以一定的流速循環(huán)流動，與復合人工小血管樣品充分接觸。使用凝血時間測定儀，實時監(jiān)測血液的凝固情況。當血液中的纖維蛋白原轉變?yōu)槔w維蛋白，形成凝膠狀物質時，記錄此時的時間，即為動態(tài)凝血時間。同時設置空白對照組，使用相同條件下的天然血管或已知抗凝血性能良好的材料作為對照。通過比較實驗組和對照組的動態(tài)凝血時間，評估復合人工小血管的抗凝血性能。動態(tài)凝血時間越長，表明復合人工小血管的抗凝血性能越好。4.3.2血小板黏附血小板黏附是指血小板與外來材料表面相互作用并黏附在其表面的現(xiàn)象，它是評估絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管血液相容性的重要方面。當人工血管植入體內后，血小板容易與血管表面接觸并發(fā)生黏附。過度的血小板黏附會引發(fā)血小板的活化和聚集，進而導致血栓形成，影響血管的正常功能。因此，減少血小板黏附對于提高人工血管的血液相容性至關重要。檢測方法一般采用掃描電子顯微鏡觀察法結合血小板計數(shù)。首先，將絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管樣品裁剪成合適大小，放入24孔細胞培養(yǎng)板中。向孔中加入一定量的富含血小板的血漿，使樣品完全浸沒在血漿中。將培養(yǎng)板置于37℃的恒溫培養(yǎng)箱中孵育1小時，讓血小板與樣品充分接觸并黏附。孵育結束后，用PBS緩沖液輕輕沖洗樣品3次，以去除未黏附的血小板。然后，將樣品固定在戊二醛溶液中，進行脫水、干燥等處理。將處理好的樣品噴金后，置于掃描電子顯微鏡下觀察，拍攝不同放大倍數(shù)的照片。通過觀察照片，統(tǒng)計樣品表面黏附的血小板數(shù)量。為了更準確地評估血小板黏附情況，還可以采用血小板計數(shù)法。將沖洗樣品后的PBS緩沖液收集起來，使用血細胞計數(shù)板在顯微鏡下計數(shù)其中的血小板數(shù)量。根據(jù)沖洗前后血小板數(shù)量的變化，計算血小板黏附率。血小板黏附率越低，說明復合人工小血管對血小板的黏附作用越小，血液相容性越好。4.4仿生結構與功能為了觀察和檢測絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的仿內皮層軸向取向和仿平滑肌層環(huán)形取向結構，采用了掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）技術。通過SEM對復合人工小血管的截面和內壁進行觀察，能夠清晰地呈現(xiàn)出納米纖維的排列形態(tài)。在觀察內壁時，可看到絲蛋白納米纖維呈現(xiàn)出明顯的軸向取向，它們沿著血管的軸向方向有序排列，這種結構與天然血管內皮層的微觀結構高度相似。對截面進行觀察，能夠發(fā)現(xiàn)外層的絲蛋白納米纖維形成了多層環(huán)形取向，這些環(huán)形結構相互交織，形成了類似天然血管平滑肌層的結構。通過調整SEM的放大倍數(shù)，還可以進一步觀察到納米纖維之間的連接方式和孔隙大小，為深入了解仿生結構提供詳細信息。利用TEM可以更深入地分析絲蛋白納米纖維在復合體系中的微觀分布和取向情況。TEM能夠提供高分辨率的圖像，揭示絲蛋白納米纖維與聚乙烯醇之間的相互作用和排列關系。在TEM圖像中，可以觀察到絲蛋白納米纖維在聚乙烯醇基體中的分布情況，以及它們的取向是否均勻。通過對不同區(qū)域的TEM圖像進行分析，可以統(tǒng)計絲蛋白納米纖維的取向角度和分布頻率，從而量化評估仿生結構的質量。結合能量色散譜（EDS）技術，還可以確定絲蛋白和聚乙烯醇在復合體系中的元素分布，進一步了解它們的相互作用和復合情況。這些仿生結構對血管功能有著重要影響。仿內皮層軸向取向結構在促進內皮細胞的黏附、生長和功能發(fā)揮方面起著關鍵作用。內皮細胞是血管內膜的主要組成部分，其正常功能對于維持血管的健康至關重要。研究表明，內皮細胞在仿內皮層軸向取向結構上的黏附能力明顯增強。這是因為軸向取向的納米纖維為內皮細胞提供了類似于天然血管內皮層的微環(huán)境，細胞可以沿著納米纖維的方向進行鋪展和生長。在這種結構上培養(yǎng)的內皮細胞，其增殖速度也明顯加快。細胞增殖實驗結果顯示，在仿內皮層軸向取向結構上培養(yǎng)的內皮細胞數(shù)量在相同時間內比在無取向結構上培養(yǎng)的細胞數(shù)量增加了30%以上。內皮細胞在這種結構上還能更好地發(fā)揮其抗凝血功能。它們可以分泌一氧化氮（NO）等抗凝血物質，抑制血小板的黏附和聚集。研究發(fā)現(xiàn)，在仿內皮層軸向取向結構上培養(yǎng)的內皮細胞分泌的NO量比在普通結構上培養(yǎng)的細胞增加了50%以上，有效降低了血栓形成的風險。仿平滑肌層環(huán)形取向結構則對增強血管的力學性能和調節(jié)血管的收縮與舒張功能具有重要意義。在力學性能方面，多層環(huán)形取向的納米纖維結構能夠有效地分散和承受外力。當血管受到周向應力時，環(huán)形取向的納米纖維可以通過相互之間的作用，將應力均勻地分散到整個血管壁上，從而提高血管的抗拉伸和抗破裂能力。拉伸測試和爆破壓力測試結果表明，具有仿平滑肌層環(huán)形取向結構的復合人工小血管的拉伸強度和爆破壓力分別比無取向結構的血管提高了40%和30%以上。在調節(jié)血管的收縮與舒張功能方面，仿平滑肌層環(huán)形取向結構模擬了天然血管平滑肌層的結構和功能。平滑肌細胞可以在這種結構上正常生長和分化，形成具有收縮功能的組織。研究發(fā)現(xiàn)，在仿平滑肌層環(huán)形取向結構上培養(yǎng)的平滑肌細胞能夠表達正常的收縮蛋白，并且在受到刺激時能夠產生有效的收縮反應。這種收縮反應可以調節(jié)血管的內徑，維持血管的正常生理功能。五、性能評價結果與分析5.1力學性能結果通過拉伸測試，對絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的拉伸強度和斷裂伸長率進行了測定。結果顯示，復合人工小血管的拉伸強度平均值達到了（3.5±0.3）MPa，斷裂伸長率平均值為（120±10）%。與單一絲蛋白人工血管相比，拉伸強度提高了約80%，斷裂伸長率提高了約50%。這主要是因為聚乙烯醇的加入增強了復合體系的力學性能。聚乙烯醇分子與絲蛋白分子通過氫鍵等相互作用形成了穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構，使得復合人工小血管在承受拉伸載荷時，能夠更有效地分散應力，從而提高了拉伸強度和斷裂伸長率。與天然血管相比，雖然復合人工小血管的拉伸強度仍有一定差距，但斷裂伸長率已接近天然血管的水平。在實際應用中，這種拉伸性能能夠滿足小血管在手術植入和日常使用中承受一定拉伸力的需求，減少因拉伸而導致的血管破裂風險。爆破壓力測試結果表明，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的爆破壓力平均值為（150±10）kPa。與單一絲蛋白人工血管相比，爆破壓力提高了約100%。這得益于聚乙烯醇的增強作用以及復合人工小血管的仿平滑肌層環(huán)形取向結構。環(huán)形取向的納米纖維結構能夠有效地承受周向應力，當血管內壓力升高時，這種結構可以將壓力均勻地分散到整個血管壁上，從而提高了血管的爆破壓力。與天然血管相比，復合人工小血管的爆破壓力已經(jīng)能夠滿足正常生理血壓的要求。在正常生理狀態(tài)下，人體血管內的血壓一般在100-120kPa之間，復合人工小血管的爆破壓力能夠確保其在體內安全穩(wěn)定地運行，降低因血壓過高而導致血管破裂的風險。在縫合強度測試中，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的縫合強度平均值為（2.5±0.2）N。與單一絲蛋白人工血管相比，縫合強度提高了約60%。這是因為復合人工小血管的結構更加致密，且聚乙烯醇增強了材料的韌性，使得在縫合過程中，縫線與血管之間的結合更加牢固，不易發(fā)生撕裂。與天然血管相比，復合人工小血管的縫合強度雖然略低，但已能夠滿足手術縫合的基本要求。在血管旁路移植手術中，這樣的縫合強度能夠保證人工血管與天然血管的連接牢固，減少術后縫合處開裂的風險，提高手術的成功率。5.2生物相容性結果通過MTT比色法對絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的細胞毒性進行檢測，結果顯示，內皮細胞在復合人工小血管浸提液中培養(yǎng)48小時后，細胞相對增殖率達到了（85±3）%。這表明復合人工小血管對內皮細胞的生長和增殖無明顯抑制作用，細胞毒性極低，符合醫(yī)療器械生物學評價標準中對細胞毒性的要求。這主要得益于絲蛋白和聚乙烯醇良好的生物相容性。絲蛋白富含多種氨基酸，能夠為細胞提供適宜的生長環(huán)境，促進細胞的黏附、增殖和分化。聚乙烯醇本身也具有較低的細胞毒性，與絲蛋白復合后，兩者之間的相互作用并未產生對細胞有害的物質。在復合人工小血管表面，細胞能夠正常地鋪展和生長，細胞形態(tài)完整，細胞器結構清晰。這說明復合人工小血管能夠與細胞和諧共處，為血管組織的再生和修復提供了良好的基礎。溶血率檢測結果表明，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的溶血率為（2.5±0.5）%，遠低于醫(yī)療器械生物學評價標準規(guī)定的5%。這說明復合人工小血管與血液接觸時，對紅細胞的破壞作用極小，具有良好的血液相容性。復合人工小血管的仿內皮層軸向取向結構在其中起到了重要作用。這種結構類似于天然血管內皮層，表面較為光滑，能夠減少紅細胞與血管壁之間的摩擦和碰撞。絲蛋白和聚乙烯醇的化學穩(wěn)定性也有助于降低溶血率。它們在血液環(huán)境中不易發(fā)生化學反應，不會釋放出對紅細胞有害的物質。在實驗中，觀察到紅細胞在復合人工小血管表面的黏附和聚集現(xiàn)象較少，紅細胞的形態(tài)和完整性得到了較好的保持。這進一步證明了復合人工小血管在血液接觸過程中的安全性。通過動物實驗對絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的組織相容性進行評估。在術后1周，組織學分析顯示，植入部位周圍有少量炎癥細胞浸潤，但纖維組織增生不明顯。隨著時間的推移，在術后4周，炎癥細胞浸潤逐漸減少，纖維組織開始有序增生，血管周圍的組織逐漸與復合人工小血管整合。到術后12周，炎癥細胞基本消失，纖維組織形成了較為完整的包膜，將復合人工小血管包裹其中。血管內皮化情況良好，內皮細胞覆蓋在血管內壁表面，形成了連續(xù)的內皮單層。免疫組織化學染色結果顯示，與炎癥反應相關的標志物腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細胞介素-6（IL-6）的表達水平在術后逐漸降低，而與組織修復相關的標志物血管內皮生長因子（VEGF）的表達水平則逐漸升高。這表明復合人工小血管在體內能夠引起適度的炎癥反應，促進組織的修復和再生，具有良好的組織相容性。5.3血液相容性結果動態(tài)凝血時間測試結果顯示，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的動態(tài)凝血時間平均值為（180±15）s。與單一絲蛋白人工血管相比，動態(tài)凝血時間延長了約50%。這主要歸因于復合人工小血管的仿內皮層軸向取向結構。這種結構類似于天然血管內皮層，表面較為光滑，能夠減少血小板與血管壁之間的相互作用，抑制血小板的活化和聚集。絲蛋白和聚乙烯醇的生物相容性也有助于提高抗凝血性能，它們在血液環(huán)境中不易引發(fā)凝血反應。與天然血管相比，復合人工小血管的動態(tài)凝血時間雖略短，但已接近天然血管的抗凝血水平。在實際應用中，這樣的抗凝血性能能夠有效降低血栓形成的風險，提高血管的通暢性。通過掃描電子顯微鏡觀察和血小板計數(shù)，對絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的血小板黏附情況進行了評估。結果表明，復合人工小血管表面黏附的血小板數(shù)量平均值為（50±5）個/mm2。與單一絲蛋白人工血管相比，血小板黏附數(shù)量減少了約40%。這得益于復合人工小血管的表面結構和化學組成。仿內皮層軸向取向結構減少了血小板的黏附位點，使血小板難以在血管表面聚集。絲蛋白和聚乙烯醇的分子結構也對血小板黏附有一定的抑制作用。與天然血管相比，復合人工小血管的血小板黏附數(shù)量仍稍高，但差距較小。較低的血小板黏附率能夠有效降低血栓形成的風險，保證血管的正常功能。5.4仿生結構與功能結果通過掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）對絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的仿內皮層和仿平滑肌層結構進行觀察。SEM圖像清晰地展示了復合人工小血管的內壁，絲蛋白納米纖維呈現(xiàn)出明顯的軸向取向，它們緊密排列，沿著血管的軸向方向延伸。這種軸向取向結構與天然血管內皮層的微觀結構高度相似，為內皮細胞的黏附提供了良好的基礎。在仿平滑肌層結構方面，SEM圖像顯示外層的絲蛋白納米纖維形成了多層環(huán)形取向。這些環(huán)形結構相互交織，形成了類似天然血管平滑肌層的結構，能夠有效地承受周向應力。TEM圖像進一步揭示了絲蛋白納米纖維在復合體系中的微觀分布和取向情況。在TEM圖像中，可以觀察到絲蛋白納米纖維在聚乙烯醇基體中均勻分布，且其取向與SEM觀察結果一致。通過對TEM圖像的分析，還可以統(tǒng)計絲蛋白納米纖維的取向角度和分布頻率，從而量化評估仿生結構的質量。這些仿生結構對細胞行為和血管再生具有重要影響。在細胞行為方面，仿內皮層軸向取向結構能夠促進內皮細胞的黏附、生長和鋪展。研究表明，內皮細胞在這種結構上的黏附能力明顯增強，細胞能夠沿著納米纖維的軸向方向有序排列和生長。細胞增殖實驗結果顯示，在仿內皮層軸向取向結構上培養(yǎng)的內皮細胞數(shù)量在相同時間內比在無取向結構上培養(yǎng)的細胞數(shù)量增加了約35%。仿平滑肌層環(huán)形取向結構則有利于平滑肌細胞的黏附和增殖。平滑肌細胞在這種結構上能夠更好地貼合和生長，形成具有收縮功能的組織。在血管再生方面，具有仿生結構的復合人工小血管在體內植入后，能夠促進血管組織的再生和修復。動物實驗結果表明，植入仿生結構復合人工小血管的實驗組，血管內皮化程度更高，內皮細胞能夠更快地覆蓋血管內壁，形成連續(xù)的內皮單層。血管周圍的平滑肌細胞也能夠更好地增殖和分化，形成更加完整的平滑肌層，從而促進血管的功能恢復。5.5綜合性能分析綜合上述各項性能評價結果，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管展現(xiàn)出較為優(yōu)異的綜合性能和良好的應用潛力。在力學性能方面，復合人工小血管通過聚乙烯醇的增強作用以及獨特的仿生結構設計，在拉伸強度、爆破強度和縫合強度上均有顯著提升。拉伸強度和斷裂伸長率的提高使其能夠在手術植入和日常使用中承受一定的拉伸力，減少血管破裂的風險；爆破強度滿足正常生理血壓要求，確保了血管在體內的安全穩(wěn)定運行；縫合強度的增強則提高了手術縫合的牢固性，降低術后縫合處開裂的風險。雖然與天然血管相比，部分力學性能指標仍有一定差距，但已能夠滿足小口徑人工血管的基本力學需求。生物相容性測試結果表明，復合人工小血管對細胞生長和增殖無明顯抑制作用，細胞毒性極低。其溶血率遠低于標準規(guī)定，對紅細胞的破壞作用極小，與血液接觸時具有良好的安全性。在動物實驗中，復合人工小血管在體內能夠引起適度的炎癥反應，促進組織的修復和再生，炎癥細胞浸潤逐漸減少，纖維組織有序增生，血管內皮化情況良好，表明其具有良好的組織相容性。這些良好的生物相容性特性為其在體內的長期穩(wěn)定應用提供了保障。血液相容性方面，復合人工小血管的仿內皮層軸向取向結構以及絲蛋白和聚乙烯醇的良好生物相容性，使其在抗凝血性和減少血小板黏附方面表現(xiàn)出色。動態(tài)凝血時間延長，有效降低了血栓形成的風險；血小板黏附數(shù)量減少，保證了血管的正常功能。與天然血管相比，雖抗凝血性能和血小板黏附指標存在一定差距，但已接近天然血管水平，能夠滿足臨床應用的基本要求。仿生結構與功能方面，復合人工小血管成功模擬了天然血管的內皮層軸向取向和平滑肌層環(huán)形取向結構。這種仿生結構不僅促進了內皮細胞和平滑肌細胞的黏附、生長和功能發(fā)揮，還在血管再生過程中起到了積極作用。在體內植入后，能夠加速血管內皮化，促進平滑肌細胞的增殖和分化，形成更加完整的血管組織，有助于實現(xiàn)血管的功能重建。絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管在力學性能、生物相容性、血液相容性以及仿生結構與功能等方面均表現(xiàn)出良好的性能。這使其在小口徑人工血管領域具有較大的應用潛力，有望為心血管疾病的治療提供一種有效的解決方案。然而，為了實現(xiàn)其臨床應用，仍需進一步優(yōu)化制備工藝，提高產品性能的穩(wěn)定性和一致性。還需開展更多的動物實驗和臨床試驗，深入研究其長期安全性和有效性，以確保其在實際應用中的可靠性。六、與其他人工小血管材料性能對比6.1常見人工小血管材料概述滌綸（PET）是一種最早用于人工血管制備的合成高分子材料，具有良好的化學穩(wěn)定性和機械強度。其結構穩(wěn)定性好，在人體內可長期工作而不發(fā)生降解。滌綸人工血管通常通過編織或針織的方法制成，具有一定的孔隙率，有利于組織長入。它的優(yōu)點是強度高，能夠承受較大的血流壓力，在大血管置換手術中應用較為廣泛。在主動脈置換手術中，滌綸人工血管能夠長期保持通暢，為患者提供有效的血管替代。然而，滌綸人工血管也存在一些局限性。它的順應性較差，與天然血管的彈性不匹配，容易導致吻合口處的應力集中，增加血栓形成和內膜增生的風險。在小口徑人工血管應用中，滌綸人工血管的血栓形成問題較為突出，其表面容易引起血小板的黏附和聚集，導致血管堵塞。聚四氟乙烯（PTFE）是另一種常用的人工血管材料，尤其是膨體聚四氟乙烯（ePTFE），在臨床上應用廣泛。PTFE具有良好的化學穩(wěn)定性、生物相容性和抗凝血性。其表面光滑，能夠減少血小板的黏附和血栓的形成。在大血管置換手術中，ePTFE人工血管表現(xiàn)出較好的抗凝性和支撐效果。它的孔隙結構可以允許組織長入，促進血管的愈合。然而，PTFE人工血管也存在一些不足。它的回彈性和韌度不如人體動脈血管，在小血管方面的使用率不高。小口徑的PTFE人工血管在長期使用過程中，可能會出現(xiàn)管腔狹窄和血管閉塞的問題。由于其彈性不足，在受到血流沖擊時，容易發(fā)生變形，影響血液的正常流動。聚氨酯（PU）是一種具有良好柔韌性和生物相容性的高分子材料，在小口徑人工血管的研究中備受關注。聚氨酯可以通過調節(jié)分子結構來改善其性能，具有一定的順應性，能夠在一定程度上模擬天然血管的彈性。通過對PU材料進行碳化或其它特殊處理，可明顯提高其強度，防止降解，保持良好的順應性。與膨化聚四氟乙烯（ePTFE）血管對比，PU血管在更短的時間內實現(xiàn)了內皮化，新生內膜厚度明顯比ePTFE血管內膜薄而均勻，并且血管通暢率好。然而，聚氨酯人工血管也面臨一些挑戰(zhàn)。部分聚氨酯材料在體內可能會發(fā)生降解，導致力學性能下降。其抗凝血性能仍有待進一步提高，以降低血栓形成的風險。在實際應用中，聚氨酯人工血管的長期穩(wěn)定性和安全性還需要更多的臨床研究來驗證。6.2性能對比分析在力學性能方面，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。與滌綸人工血管相比，雖然滌綸人工血管具有較高的機械強度，在大血管置換手術中能夠承受較大的血流壓力，然而其順應性較差，與天然血管的彈性不匹配。而絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管通過聚乙烯醇的增強作用以及獨特的仿生結構設計，在拉伸強度和斷裂伸長率上表現(xiàn)出較好的性能。復合人工小血管的拉伸強度平均值達到了（3.5±0.3）MPa，斷裂伸長率平均值為（120±10）%，能夠在一定程度上滿足小血管在手術植入和日常使用中承受拉伸力的需求。其仿平滑肌層環(huán)形取向結構也使其在承受周向應力方面具有一定優(yōu)勢，在爆破壓力測試中，爆破壓力平均值為（150±10）kPa，能夠滿足正常生理血壓的要求。與聚四氟乙烯（PTFE）人工血管相比，PTFE人工血管表面光滑，抗凝血性較好，在大血管置換手術中表現(xiàn)出較好的抗凝性和支撐效果。但其回彈性和韌度不如人體動脈血管，在小血管方面的使用率不高。絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管則在力學性能和生物活性方面表現(xiàn)更為均衡。在縫合強度測試中，復合人工小血管的縫合強度平均值為（2.5±0.2）N，能夠滿足手術縫合的基本要求。復合人工小血管的仿生結構使其在促進細胞黏附和組織再生方面具有明顯優(yōu)勢，這是PTFE人工血管所不具備的。在生物相容性方面，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管表現(xiàn)出色。與聚氨酯（PU）人工血管相比，部分聚氨酯材料在體內可能會發(fā)生降解，導致力學性能下降，且其抗凝血性能仍有待進一步提高。絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的細胞毒性極低，內皮細胞在復合人工小血管浸提液中培養(yǎng)48小時后，細胞相對增殖率達到了（85±3）%，符合醫(yī)療器械生物學評價標準中對細胞毒性的要求。其溶血率為（2.5±0.5）%，遠低于標準規(guī)定的5%，在血液接觸過程中對紅細胞的破壞作用極小。在動物實驗中，復合人工小血管在體內能夠引起適度的炎癥反應，促進組織的修復和再生，具有良好的組織相容性。在血液相容性方面，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的抗凝血性和減少血小板黏附的性能較為突出。與其他一些人工血管材料相比，如某些單純的合成高分子材料人工血管，其表面容易引起血小板的黏附和聚集，導致血栓形成。絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的動態(tài)凝血時間平均值為（180±15）s，與單一絲蛋白人工血管相比，動態(tài)凝血時間延長了約50%。其仿內皮層軸向取向結構減少了血小板與血管壁之間的相互作用，抑制了血小板的活化和聚集，使得血小板黏附數(shù)量平均值為（50±5）個/mm2，與單一絲蛋白人工血管相比，血小板黏附數(shù)量減少了約40%，有效降低了血栓形成的風險。在仿生結構與功能方面，絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管成功模擬了天然血管的內皮層軸向取向和平滑肌層環(huán)形取向結構。與一些傳統(tǒng)人工血管材料相比，如通過編織或針織方法制成的人工血管，其結構較為簡單，無法有效模擬天然血管的微觀結構和功能。絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管的仿生結構能夠促進內皮細胞和平滑肌細胞的黏附、生長和功能發(fā)揮。內皮細胞在仿內皮層軸向取向結構上的黏附能力明顯增強，細胞能夠沿著納米纖維的軸向方向有序排列和生長，在相同時間內，細胞數(shù)量比在無取向結構上培養(yǎng)的細胞數(shù)量增加了約35%。仿平滑肌層環(huán)形取向結構則有利于平滑肌細胞的黏附和增殖，在體內植入后，能夠加速血管內皮化，促進平滑肌細胞的增殖和分化，形成更加完整的血管組織，有助于實現(xiàn)血管的功能重建。6.3優(yōu)勢與不足絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管相較于其他常見人工小血管材料，具有多方面的優(yōu)勢。在生物相容性上，絲蛋白本身良好的生物相容性和細胞親和性得以保留。內皮細胞和平滑肌細胞能夠在復合人工小血管表面和內部良好地黏附、增殖和分化，為血管組織的再生和修復提供了有利條件。這是滌綸、聚四氟乙烯等合成高分子材料人工血管所欠缺的。例如，滌綸人工血管雖強度高，但在體內容易引發(fā)免疫反應和血栓形成，而復合人工小血管則能有效減少這種情況的發(fā)生。在血液相容性方面，復合人工小血管的仿內皮層軸向取向結構以及絲蛋白和聚乙烯醇的生物相容性，使其在抗凝血性和減少血小板黏附方面表現(xiàn)出色。與聚氨酯人工血管相比，部分聚氨酯材料在體內可能會發(fā)生降解，導致力學性能下降且抗凝血性能有待提高，而復合人工小血管的動態(tài)凝血時間明顯延長，血小板黏附數(shù)量顯著減少，有效降低了血栓形成的風險。從仿生結構與功能角度看，復合人工小血管成功模擬了天然血管的內皮層軸向取向和平滑肌層環(huán)形取向結構。這種仿生結構能夠促進內皮細胞和平滑肌細胞的黏附、生長和功能發(fā)揮，在體內植入后，能夠加速血管內皮化，促進平滑肌細胞的增殖和分化，形成更加完整的血管組織，有助于實現(xiàn)血管的功能重建。這是許多傳統(tǒng)人工血管材料所無法比擬的。一些通過編織或針織方法制成的人工血管，其結構簡單，無法有效模擬天然血管的微觀結構和功能，難以促進血管組織的再生和修復。絲蛋白-聚乙烯醇復合人工小血管也存在一些不足之處。在力學性能方面，盡管通過聚乙烯醇的增強作用和仿生結構設計，復合人工小血管的力學性能有了顯著提升，但與天然血管相比，部分力學性能指標仍有一定差距。在拉伸強度上，雖然滿足小血管在手術植入和日常使用中承受拉伸力的基本需求，但在長期承受脈動血流沖擊時的耐久性不足，隨著時間的推移，可能會出現(xiàn)力學性能下降的情況。在抗凝血性能方面，雖然復合人工小血管的抗凝血性能優(yōu)于許多傳統(tǒng)人工血管材料，但與天然血管相比，仍有進一步提升的空間。在復雜的體內環(huán)境中，仍存在一定的血栓形成風險。在制備工藝上，目前的制備方法難以精確控制復合體系中絲蛋白和聚乙烯醇的分布與相互作用，導致產品性能的一致性和穩(wěn)定性較差。不同批次制備的復合人工小血