Indledning
Biologisk nedbrydelige ikke-vævede materialer har vist et betydeligt potentiale inden for biomedicinsk teknik, især i forbindelse med vævsingeniørvidenskab. Formålet med vævsingeniørvidenskab er at fremme regenereringen af beskadiget væv ved at integrere celler med midlertidige tredimensionelle støttestrukturer (scaffolds). Biologisk nedbrydelige scaffolds spiller en central rolle i denne proces ved at yde midlertidig strukturel støtte til cellerne. Fiberbaserede ikke-vævede materialer er særligt velegnede til dette formål, da deres fiberlignende struktur ligner den naturlige ekstracellulære matrix. Denne arkitektur muliggør høj porøsitet og et specifikt overfladeareal, hvilket fremmer celleadhæsion, migration og proliferation.
Polycaprolacton (PCL) er et meget udbredt materiale i fremstillingen af nedbrydelige fiberbaserede scaffolds. PCL er en halvkrystallinsk, alifatisk polyester, der er kendetegnet ved sin gode biokompatibilitet, kontrollerbar og forholdsvis langsom hydrolytisk NedbrydningsreaktionEn nedbrydningsreaktion er en termisk induceret reaktion af en kemisk forbindelse, der danner faste og/eller gasformige produkter. nedbrydning samt gode forarbejdningsegenskaber. Elektrospinning eller smelteelektrospinning kan anvendes til at fremstille fiberbaserede ikke-vævede materialer af PCL, hvilket giver mulighed for præcis kontrol over fiberenes geometri, porøsitet og mekaniske egenskaber.
PCL-skeletter anvendes ofte inden for vævsingeniørvidenskab til belastningsbærende strukturer såsom sener og muskler [1,2]. Et væsentligt problem, der opstår i denne sammenhæng, er den betydelige krybeadfærd, som de fiberbaserede ikke-vævede materialer udviser, når de udsættes for gentagne deformationer. Materialets mikrostruktur (figur 1) medfører yderligere deformationsmekanismer. Når fibrene udsættes for ydre kræfter, kan de gennemgå en reorientering og justering i retning af den påførte StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning. Kontaktpunkterne mellem fibrene er udsat for brud. Makroskopisk resulterer dette i øget plastisk deformation eller krybning sammenlignet med tætpakkede materialer. I forbindelse med en implantation udsættes det ikke-vævede materiale gentagne gange for deformation, f.eks. gennem sammentrækning af det omgivende muskelvæv.
Efterhånden som den plastiske deformation af det ikke-vævede materiale øges, er der en risiko for, at det mister kontakten med det omgivende væv på grund af løsning. Det er derfor afgørende at karakterisere denne dynamiske krybeadfærd hos fiberbaserede implantater.
Målinger af trækstyrke og krybe-tilbagevenden på PCL-ikke-vævede tekstiler
Der blev udført målinger af trækstyrke og krybe-tilbagevenden ved 37 °C ved hjælp af en DMA 303- Eplexor® fra NETZSCH i trækmodus. Der blev udskåret rektangulære prøver med en længde på 20 mm, en bredde på 5 mm og en tykkelse på 0,3 mm fra PCL-ikke-vævede tekstiler (figur 2). Materialet blev indledningsvis karakteriseret ved hjælp af en kvasistatisk trækprøvning. Der blev anvendt en forlængelseshastighed på 0,5 %/s og en forbelastning på 0,1 N. Resultaterne af trækprøvningen er vist i figur 3. Observationerne tyder på, at der kan identificeres et elastisk spændings-tøjningsforhold op til en tøjning på ca. 8 %.
Der blev udført målinger af krybe-tilbagevenden i fem cyklusser, hvor der i hver cyklus blev anvendt en fast forskydning på 5 %. Disse måleresultater er vist i figur 4. Den resterende deformation blev bestemt for hver målecyklus ved afslutningen af tilbagetrækningsfasen, som illustreret i figur 5. Det fremgår tydeligt, at den resterende deformation er mest udtalt efter den indledende cyklus og derefter fortsætter med at aftage. Måleresultaterne viser et konsekvent fald i restdeformationen på tværs af alle cyklusser, hvilket tyder på, at der nærmer sig en grænseværdi. Dette fund indikerer, at den observerede krybeadfærd hovedsageligt kan tilskrives strukturel omorganisering inden for fibernetværket snarere end molekylære viskoelastiske eller viskoplastiske mekanismer.
Konklusion
Anvendelsen af statiske trækprøvninger som den fremherskende metode til karakterisering af fiberbaserede scaffold i vævsingeniørvidenskab er stadig en udbredt praksis. Efter implantation kan gentagen deformation imidlertid føre til makroskopisk krybning som følge af omorganisering af fibernetværket. Denne effekt kommer ikke til udtryk i statiske trækprøvninger. Resultaterne af trækprøven viser, at en forlængelse på 5 % ligger inden for det elastiske område. Krybe-genopretningsforsøg har imidlertid vist, at der opstår restforlængelse selv ved disse forlængelsesniveauer. Derfor giver krybe-genopretningsforsøg med NETZSCH DMA 303 Eplexor® vigtig information om den mekaniske adfærd hos fiberbaserede scaffold under dynamisk StammeForvrængning beskriver en deformation af et materiale, som belastes mekanisk af en ydre kraft eller spænding. Gummiblandinger har krybeegenskaber, hvis de udsættes for en statisk belastning.belastning.