Úvod
Biologicky rozložitelné netkané materiály prokázaly značný potenciál v oblasti biomedicínského inženýrství, zejména při aplikaci v tkáňovém inženýrství. Cílem tkáňového inženýrství je usnadnit regeneraci poškozené tkáně integrací buněk do dočasných trojrozměrných nosných struktur (scaffoldů). Biologicky rozložitelné nosné struktury hrají v tomto procesu klíčovou roli, protože poskytují buňkám dočasnou strukturální oporu. Netkané materiály na bázi vláken jsou pro tento účel obzvláště vhodné, protože jejich vláknitá struktura připomíná přirozenou extracelulární matrici. Tato architektura umožňuje vysokou pórovitost a specifický povrch, čímž podporuje adhezi, migraci a proliferaci buněk.
Polykaprolakton (PCL) je široce používaný materiál při výrobě rozložitelných lešení na bázi vláken. PCL je semikrystalický alifatický polyester, který se vyznačuje dobrou biokompatibilitou, kontrolovatelnou a relativně pomalou hydrolytickou degradací a dobrou zpracovatelností. K výrobě netkaných textilií z vláken z PCL lze použít elektrospinning nebo elektrospinning z taveniny, což umožňuje přesnou kontrolu nad geometrií vláken, porézností a mechanickými vlastnostmi.
PCL nosné struktury se často používají v tkáňovém inženýrství nosných struktur, jako jsou šlachy a svaly [1,2]. Významným problémem, který se v této souvislosti objevuje, je značné tečení, které vláknitá netkaná textilie vykazuje při opakovaných deformacích. Mikrostruktura materiálu (obrázek 1) vede k dalším deformačním mechanismům. Při působení vnějších sil může docházet k reorientaci a vyrovnání vláken ve směru působícího zatížení. Kontaktní body mezi vlákny jsou náchylné k prasknutí. Makroskopicky to vede ke zvýšené plastické deformaci nebo tečení ve srovnání s hustě uspořádanými materiály. V případě implantace je netkaná textilie opakovaně vystavena deformaci, například v důsledku kontrakce okolní svalové tkáně.
S rostoucí plastickou deformací netkané textilie vzniká riziko, že v důsledku uvolnění ztratí kontakt s okolní tkání. Proto je zásadní charakterizovat toto dynamické tečení implantátů na bázi vláken.
Měření pevnosti v tahu a zotavení po tečení u netkaných textilií z PCL
Měření tahové pevnosti a zotavení po tečení byla provedena při teplotě 37 °C pomocí přístroje DMA 303 od společnosti NETZSCH Eplexor® v režimu tahového zkoušení. Z netkaných textilií z PCL byly odebrány obdélníkové vzorky o délce 20 mm, šířce 5 mm a tloušťce 0,3 mm (obrázek 2). Materiál byl nejprve charakterizován provedením kvazistatické zkoušky tahem. Byla použita rychlost prodloužení 0,5 %/s a předpětí 0,1 N. Výsledky zkoušky tahem jsou znázorněny na obrázku 3. Z pozorování vyplývá, že lze identifikovat elastickou závislost napětí na deformaci až do přibližné deformace 8 %.
Měření zotavení po tečení byla provedena v pěti cyklech, přičemž v každém cyklu bylo použito pevné posunutí o 5 %. Výsledky těchto měření jsou znázorněny na obrázku 4. Zbytková deformace byla stanovena pro každý měřicí cyklus na konci fáze zotavení, jak je znázorněno na obrázku 5. Je zřejmé, že zbytková deformace je nejvýraznější po počátečním cyklu a následně dále klesá. Výsledky měření ukazují konzistentní pokles zbytkové deformace ve všech cyklech, což naznačuje přibližování k mezní hodnotě. Tento poznatek naznačuje, že pozorované tečení lze připsat převážně strukturální reorganizaci v rámci sítě vláken, spíše než molekulárním viskoelastickým či viskoplastickým mechanismům.
Závěr
Používání statických tahových zkoušek jako převládající metody pro charakterizaci vláknitých nosných struktur v tkáňovém inženýrství zůstává běžnou praxí. Po implantaci však může opakovaná deformace vést k makroskopickému tečení v důsledku reorganizace vláknité sítě. Tento jev není při statických tahových zkouškách patrný. Výsledky tahové zkoušky ukazují, že deformace 5 % spadá do elastické oblasti. Experimenty s regenerací po tečení však prokázaly, že k zbytkové deformaci dochází i při těchto úrovních deformace. Experimenty s regenerací po tečení prováděné pomocí přístroje DMA 303 od společnosti NETZSCH Eplexor® proto poskytují důležité informace o mechanickém chování vláknitých nosných struktur při dynamickém zatížení.