Bevezetés
A biológiailag lebontható nem szőtt anyagok jelentős potenciállal rendelkeznek az orvosbiológiai mérnöki tudomány területén, különösen a szövetmérnökség alkalmazásában. A szövetmérnökség célja a sérült szövetek regenerációjának elősegítése azáltal, hogy a sejteket ideiglenes háromdimenziós tartószerkezetekbe (vázszerkezetekbe) integrálják. A biológiailag lebontható vázszerkezetek döntő szerepet játszanak ebben a folyamatban, mivel ideiglenes szerkezeti támaszt nyújtanak a sejteknek. A szálalapú nem szőtt anyagok különösen alkalmasak erre a célra, mivel szálszerű szerkezetük hasonlít a természetes extracelluláris mátrixra. Ez a szerkezet nagy porozitást és nagy fajlagos felületet tesz lehetővé, ezáltal elősegítve a sejtek tapadását, vándorlását és szaporodását.
A polikaprolakton (PCL) széles körben használt anyag a lebomló, szálalapú vázszerkezetek gyártásában. A PCL egy félkristályos, alifás poliészter, amelyet jó biokompatibilitás, szabályozható és viszonylag lassú hidrolitikus lebomlás, valamint jó feldolgozhatóság jellemez. Elektroszálas vagy olvadék-elektroszálas eljárással szálas nem szőtt anyagok állíthatók elő PCL-ből, ami lehetővé teszi a szálak geometriájának, porozitásának és mechanikai tulajdonságainak pontos szabályozását.
A PCL-vázszerkezeteket gyakran használják olyan terhelést viselő struktúrák szövetmérnöki alkalmazásában, mint az inak és az izmok [1,2]. Ebben az összefüggésben kiemelkedő problémát jelent a szálas nem szőtt anyagok jelentős kúszási viselkedése, amikor ismételt deformációknak vannak kitéve. Az anyag mikroszerkezete (1. ábra) további deformációs mechanizmusokhoz vezet. Külső erők hatására a szálak átorientálódhatnak és a ható terhelés irányába igazodhatnak. A szálak közötti érintkezési pontok hajlamosak a szakadásra. Makroszkópos szinten ez a sűrűn csomagolt anyagokhoz képest fokozott plasztikus deformációt vagy kúszást eredményez. Beültetési helyzetben a nem szőtt anyag ismételt deformációnak van kitéve, például a környező izomszövet összehúzódása miatt.
Ahogy a nem szőtt anyag plasztikus deformációja növekszik, fennáll annak a kockázata, hogy a lazulás miatt elveszíti az érintkezést a környező szövetekkel. Ezért elengedhetetlen a szálalapú implantátumok ezen dinamikus kúszási viselkedésének jellemzése.
PCL nemszövött anyagok szakítószilárdsági és kúszás utáni visszarugózási mérései
A szakítószilárdsági és CreepA kúszás idő- és hőmérsékletfüggő képlékeny alakváltozást ír le állandó erő hatására. Amikor egy gumikeverékre állandó erőt alkalmazunk, az erő alkalmazása következtében kapott kezdeti alakváltozás nem rögzített. A deformáció az idő múlásával növekszik. kúszás utáni visszarugózási méréseket 37 °C-on végeztük, egy NETZSCH DMA 303 Eplexor® készülékkel, szakító üzemmódban. A PCL nemszövött anyagokból 20 mm hosszú, 5 mm széles és 0,3 mm vastag téglalap alakú mintákat vágtunk ki (2. ábra). Az anyagot kezdetben kvázi-statikus szakítóvizsgálattal jellemeztük. 0,5 %/s nyúlási sebességet és 0,1 N előterhelést alkalmaztunk. A szakítóvizsgálat eredményeit a 3. ábra mutatja be. A megfigyelések arra utalnak, hogy körülbelül 8 %-os alakváltozásig rugalmas feszültség–alakváltozás összefüggés azonosítható.
A CreepA kúszás idő- és hőmérsékletfüggő képlékeny alakváltozást ír le állandó erő hatására. Amikor egy gumikeverékre állandó erőt alkalmazunk, az erő alkalmazása következtében kapott kezdeti alakváltozás nem rögzített. A deformáció az idő múlásával növekszik. kúszás utáni visszarugózás méréseit öt ciklusban végeztük, minden ciklusban 5%-os rögzített elmozdulást alkalmazva. A mérési eredményeket a 4. ábra mutatja be. Az 5. ábrán látható módon minden mérési ciklus végén, a visszarugózási fázis végén meghatároztuk a maradék alakváltozást. Nyilvánvaló, hogy a maradék alakváltozás a kezdeti ciklus után a legmarkánsabb, majd ezt követően folyamatosan csökken. A mérési eredmények a maradék alakváltozás összes ciklusban tapasztalható következetes csökkenését jelzik, ami egy határértékhez való közeledésre utal. Ez az eredmény arra utal, hogy a megfigyelt kúszási viselkedés elsősorban a szálhálózat szerkezeti átrendeződésének tulajdonítható, nem pedig molekuláris viszkoelasztikus vagy viszkoplasztikus mechanizmusoknak.
Következtetés
A szövetmérnökségben a szálalapú vázszerkezetek jellemzésének fő módszereként továbbra is széles körben alkalmazzák a statikus szakítóvizsgálatokat. Az implantációt követően azonban az ismételt deformáció a szálhálózat átrendeződése miatt makroszkopikus kúszáshoz vezethet. Ez a hatás a statikus szakítóvizsgálatok során nem mutatható ki. A szakítóvizsgálat eredményei azt mutatják, hogy az 5%-os alakváltozás még az elasztikus tartományba esik. A kúszásvisszaállási kísérletek azonban kimutatták, hogy már ilyen alakváltozási szinteknél is maradék alakváltozás lép fel. Ezért a NETZSCH DMA 303 Eplexor® készülékkel végzett kúszásvisszaállási kísérletek fontos információkat nyújtanak a szálalapú vázszerkezetek dinamikus terhelés alatti mechanikai viselkedéséről.