Johdanto
Biologisesti hajoavat kuitukankaat ovat osoittaneet huomattavaa potentiaalia biolääketieteen tekniikan alalla, erityisesti kudostekniikan sovelluksissa. Kudostekniikan tavoitteena on edistää vaurioituneen kudoksen uudistumista yhdistämällä solut väliaikaisiin kolmiulotteisiin tukirakenteisiin (tukirakenteisiin). Biohajoavat tukirakenteet ovat keskeisessä roolissa tässä prosessissa, sillä ne tarjoavat soluille väliaikaista rakenteellista tukea. Kuitupohjaiset kuitukankaat sopivat erityisen hyvin tähän tarkoitukseen, koska niiden kuitumainen rakenne muistuttaa luonnollista solunulkoista matriisia. Tämä rakenne mahdollistaa suuren huokoisuuden ja suuren ominaispinta-alan, mikä edistää solujen kiinnittymistä, liikkumista ja lisääntymistä.
Polykaprolaktoni (PCL) on laajalti käytetty materiaali biohajoavien kuitupohjaisten tukirakenteiden valmistuksessa. PCL on puolikiteinen, alifaattinen polyesteri, jolle on ominaista hyvä biologinen yhteensopivuus, hallittavissa oleva ja suhteellisen hidas hydrolyyttinen HajoamisreaktioHajoamisreaktio on kemiallisen yhdisteen lämpöreaktio, jossa muodostuu kiinteitä ja/tai kaasumaisia tuotteita. hajoaminen sekä hyvä työstettävyys. Sähkökehräystä tai sulasähkökehräystä voidaan käyttää kuitukankaiden valmistamiseen PCL:stä, mikä mahdollistaa kuitujen geometrian, huokoisuuden ja mekaanisten ominaisuuksien tarkan hallinnan.
PCL-tukirakenteita käytetään usein kantavien rakenteiden, kuten jänteiden ja lihasten, kudostekniikassa [1,2]. Tässä yhteydessä esiin nouseva merkittävä ongelma on kuitukankaiden huomattava virumiskäyttäytyminen, kun ne altistuvat toistuville muodonmuutoksille. Materiaalin mikrorakenne (kuva 1) johtaa lisämuodonmuutosmekanismeihin. Ulkoisten voimien vaikutuksesta kuidut voivat suuntautua uudelleen ja asettua kohdistetun kuormituksen suuntaan. Kuitujen väliset kosketuspisteet ovat alttiita repeämiselle. Makroskooppisesti tämä johtaa lisääntyneeseen plastiseen muodonmuutokseen tai virumiseen verrattuna tiheästi pakkautuneisiin materiaaleihin. Implantointitilanteessa kuitukangas altistuu toistuvasti muodonmuutoksille, esimerkiksi ympäröivän lihaskudoksen supistumisen seurauksena.
Kun kuitukankaan plastinen muodonmuutos lisääntyy, on olemassa riski, että se menettää kosketuksen ympäröivään kudokseen löystymisen vuoksi. Siksi on ratkaisevan tärkeää karakterisoida tämä kuitupohjaisten implanttien dynaaminen virumiskäyttäytyminen.
PCL-kuitukankaiden vetolujuus- ja virumiskestävyysmittaukset
Vetolujuus- ja virumiskorjautumismittaukset suoritettiin 37 °C:n lämpötilassa käyttäen NETZSCH DMA 303 -laitetta Eplexor® vetotestitilassa. PCL-kuitukankaista leikattiin suorakulmaisia näytteitä, joiden pituus oli 20 mm, leveys 5 mm ja paksuus 0,3 mm (kuva 2). Materiaalin ominaisuudet määritettiin aluksi suorittamalla kvasistaattinen vetokoe. Venymänopeudeksi asetettiin 0,5 %/s ja esikuormaksi 0,1 N. Vetokokeen tulokset on esitetty kuvassa 3. Havaintojen perusteella voidaan todeta, että elastinen jännitys-venymä-suhde on tunnistettavissa noin 8 %:n venymään asti.
Virtumisesta palautumisen mittaukset suoritettiin viidessä syklissä, joissa jokaisessa käytettiin kiinteää 5 %:n siirtymää. Nämä mittaustulokset on esitetty kuvassa 4. Jäännösvenymä määritettiin jokaiselle mittaussyklille palautumisvaiheen lopussa, kuten kuvassa 5 on esitetty. On selvää, että jäännösvenymä on voimakkain ensimmäisen syklin jälkeen ja vähenee sen jälkeen jatkuvasti. Mittaustulokset osoittavat jäännösvenymän tasaisen pienenemisen kaikissa sykleissä, mikä viittaa raja-arvoon lähentymiseen. Tämä havainto osoittaa, että havaittu virumiskäyttäytyminen johtuu pääasiassa kuituverkoston rakenteellisesta uudelleenjärjestäytymisestä eikä niinkään molekyylitason viskoelastisista tai viskoplastisista mekanismeista.
Johtopäätös
Staattisten vetokokeiden käyttö pääasiallisena menetelmänä kuitupohjaisten tukirakenteiden karakterisoinnissa kudostekniikassa on edelleen yleinen käytäntö. Implantaation jälkeen toistuva muodonmuutos voi kuitenkin johtaa makroskooppiseen virumiseen kuituverkoston uudelleenjärjestäytymisen seurauksena. Tätä ilmiötä ei havaita staattisissa vetokokeissa. Vetokokeen tulokset osoittavat, että 5 %:n venymä kuuluu elastisen alueen sisälle. Virumiskorjautumiskokeet ovat kuitenkin osoittaneet, että jäännösvenymää esiintyy jo näillä venymätasoilla. Siksi virumiskorjautumiskokeet, jotka suoritetaan NETZSCH DMA 303 -laitteella Eplexor®, antavat tärkeää tietoa kuitupohjaisten tukirakenteiden mekaanisesta käyttäytymisestä dynaamisen kuormituksen alaisena.