【摘 要】
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人体内血管的组成部分和所处的微环境非常复杂,使得体外血管模型的构建与微环境的仿造具有很大的难度。目前,人工血管的制备方法有很多种,并且动态流体对血管内皮细胞的功能和形态的作用也已经被广泛研究。但是,具有动态力学弹性,能承受剪切力、周期性拉伸作用,并且与临床血管功能和形貌相似的三维人造血管目前还没有在体外完全仿制出来。三维人工血管的构建可以辅助研究者定量研究在剪切力、周期性拉伸作用下的血管内皮细胞的
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人体内血管的组成部分和所处的微环境非常复杂,使得体外血管模型的构建与微环境的仿造具有很大的难度。目前,人工血管的制备方法有很多种,并且动态流体对血管内皮细胞的功能和形态的作用也已经被广泛研究。但是,具有动态力学弹性,能承受剪切力、周期性拉伸作用,并且与临床血管功能和形貌相似的三维人造血管目前还没有在体外完全仿制出来。三维人工血管的构建可以辅助研究者定量研究在剪切力、周期性拉伸作用下的血管内皮细胞的贴附和生长繁殖的变化情况,以及细胞受力后的生物特征反应。这不仅可以把人体内的真实血管及其微环境在体外呈现出来,还能为心血管疾病病理的探究和临床治疗提供一个具有现实意义的研究平台。心血管疾病严重威胁着人类的健康和生命,血管内皮功能的探究越来越受到重视。随着流体力学学科的发展,流体对于血管内皮细胞产生的作用机制也逐渐被研究者揭开。在病理流体的条件下,流体对血管内皮的作用会发生变化,而在这个过程中,内皮细胞的功能受到怎样的影响却尚未明确。近年来,能产生脉冲流体的装置已经被开发并应用于体外实验研究。然而,在装置中进行细胞培养以及精确控制脉冲流体流量的波形仍具有很大的挑战性。在此背景下,本文主要做了三个方面的工作来探究以上问题。第一,PDMS弹性人工血管的制备及其机械性能探究。采用3D打印技术并用灌注模型法完成了三维PDMS弹性人工血管的制备,使其结构上更加贴近人体血管的三维空间结构。此外,利用场发射扫描电镜对弹性人工血管内壁表面结构的形貌进行观察,并用纳米压痕仪（Optics11 Nanoindenter instruments）对两种不同固化条件制取的PDMS中空管的杨氏模量进行测量和分析,选取了杨氏模量与人真实血管内壁中弹性纤维的杨氏模量相近的PDMS弹性人工血管作为本文实验研究对象。第二,主动脉血流量曲线的模拟。在体外构建并能精准控制脉冲流体流量的波形的装置,即通过修改数字脉冲系统装置内电磁阀控制器内的程序命令来实现流体流量波形控制。在动态流体的模拟实验中,本文以人体升主动脉血流曲线为研究对象,在体外利用数字脉冲系统装置实现该曲线的波形。此外,利用COMSOL Multiphysics 5.4软件模拟PDMS功能弹性人工血管内脉冲流体的流场以及管壁的应力场,使人工血管受到的流场和应力场更加形象的展现出来。第三,PDMS弹性人工血管的生物功能化探究。通过对人工血管内表面进行修饰,将人脐静脉内皮细胞植入人工血管内,经过静态培养使其实现内皮化。然后将人工血管接入数字脉冲系统装置内,以人体升主动脉的流量曲线为基础,利用脉冲系统装置产生的脉冲流体,探究人工血管的内皮细胞的变化情况。
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