Въведение
Биоразградимите нетъкани материали са показали значителен потенциал в областта на биомедицинското инженерство, по-специално при прилагането на тъканното инженерство. Целта на тъканното инженерство е да се улесни регенерацията на увредената тъкан чрез интегриране на клетки с временни триизмерни опорни структури (скелети). Биоразградимите скафолди играят ключова роля в този процес, като осигуряват временна структурна опора за клетките. Нетъканите материали на влакнеста основа са особено подходящи за тази цел, тъй като тяхната влакнеста структура наподобява естествената екстрацелуларна матрица. Тази архитектура осигурява висока порьозност и голяма специфична повърхност, като по този начин спомага за адхезията, миграцията и пролиферацията на клетките.
Поликапролактонът (PCL) е широко използван материал при производството на разградими скелети на влакнеста основа. PCL е полукристален, алифатичен полиестер, който се характеризира с добра биосъвместимост, контролируемо и сравнително бавно хидролитично разграждане, както и с добра обработваемост. Електропреденето или електропреденето от разтопена маса могат да се използват за получаване на нетъкани материали от влакна от PCL, което позволява прецизен контрол върху геометрията на влакната, порьозността и механичните свойства.
Скелетите от PCL често се използват в тъканното инженерство на носещи структури като сухожилия и мускули [1,2]. Значителен проблем, който възниква в този контекст, е значителното пълзене, проявявано от нетъканите материали от влакна, когато са подложени на повтарящи се деформации. Микроструктурата на материала (Фигура 1) води до допълнителни механизми на деформация. Когато са подложени на външни сили, влакната могат да претърпят реориентация и подреждане в посоката на приложеното натоварване. Точките на контакт между влакната са податливи на скъсване. Макроскопично това води до повишена пластична деформация или пълзене в сравнение с плътно опакованите материали. При имплантиране нетъканият материал се подлага многократно на деформация, например чрез свиване на околната мускулна тъкан.
С увеличаването на пластичната деформация на нетъкания материал съществува риск той да загуби контакт с околната тъкан поради разхлабване. Ето защо е от решаващо значение да се охарактеризира това динамично поведение на пълзене при имплантите на влакнеста основа.
Измервания на якостта на опън и възстановяването след пълзене при нетъкани материали от PCL
Измерванията на опън и възстановяване след пълзене бяха проведени при 37 °C с помощта на апарат DMA 303 на „ NETZSCH “ Eplexor® в режим на опън. От нетъканите материали от PCL бяха изрязани правоъгълни проби с размери 20 mm дължина, 5 mm ширина и 0,3 mm дебелина (фиг. 2). Материалът беше първоначално характеризиран чрез провеждане на квазистатично изпитване на опън. Приложени бяха скорост на удължение 0,5 %/s и предварително натоварване 0,1 N. Резултатите от изпитването на опън са показани на фигура 3. Наблюденията сочат, че може да се идентифицира еластична зависимост напрежение-деформация до приблизителна деформация от 8 %.
Измерванията на възстановяването след пълзене бяха проведени в пет цикъла, като във всеки цикъл се използваше фиксирано преместване от 5 %. Резултатите от тези измервания са представени на фигура 4. Остатъчното деформиране беше определено за всеки цикъл на измерване в края на фазата на възстановяване, както е илюстрирано на фигура 5. Видно е, че остатъчното деформиране е най-изразено след първоначалния цикъл и впоследствие продължава да намалява. Резултатите от измерванията показват последователно намаляване на остатъчното деформиране през всички цикли, което предполага приближаване към гранична стойност. Това наблюдение показва, че наблюдаваното поведение при пълзене може да се дължи предимно на структурна реорганизация в рамките на мрежата от влакна, а не на молекулни вискоеластични или вископластични механизми.
Заключение
Прилагането на статични изпитвания на опън като основен метод за характеризиране на скелети на влакнеста основа в тъканното инженерство остава широко разпространена практика. След имплантирането обаче повтарящите се деформации могат да доведат до макроскопично пълзене вследствие на реорганизацията на влакнестата мрежа. Този ефект не се проявява при статичните изпитвания на опън. Резултатите от изпитването на опън показват, че деформация от 5% попада в еластичната област. Опитите за възстановяване след пълзене обаче са показали, че остатъчна деформация възниква дори при тези нива на деформация. Поради това опитите за възстановяване след пълзене, проведени с DMA 303 на „ NETZSCH “ Eplexor®, предоставят важна информация за механичното поведение на скелетите на влакнеста основа при динамично натоварване.