Inleiding
Biologisch afbreekbare non-woven materialen hebben een aanzienlijk potentieel getoond op het gebied van de biomedische techniek, met name bij de toepassing van weefselengineering. Het doel van weefselengineering is het bevorderen van de regeneratie van beschadigd weefsel door cellen te integreren in tijdelijke driedimensionale ondersteuningsstructuren (scaffolds). Biologisch afbreekbare scaffolds spelen een cruciale rol in dit proces door tijdelijke structurele ondersteuning te bieden aan cellen. Op vezels gebaseerde nonwoven-materialen zijn bijzonder geschikt voor dit doel, aangezien hun vezelachtige structuur lijkt op de natuurlijke extracellulaire matrix. Deze architectuur zorgt voor een hoge porositeit en een groot specifiek oppervlak, waardoor celadhesie, -migratie en -proliferatie worden bevorderd.
Polycaprolacton (PCL) is een veelgebruikt materiaal bij de vervaardiging van afbreekbare, op vezels gebaseerde scaffolds. PCL is een semi-kristallijn, alifatisch polyester dat wordt gekenmerkt door zijn goede biocompatibiliteit, controleerbare en relatief langzame hydrolytische afbraak en goede verwerkbaarheid. Elektrospinnen of smeltelektrospinnen kan worden gebruikt om vezelvlies uit PCL te vervaardigen, wat resulteert in een nauwkeurige controle over de vezelgeometrie, porositeit en mechanische eigenschappen.
PCL-scaffolds worden vaak gebruikt in de weefselengineering van dragende structuren zoals pezen en spieren [1,2]. Een opvallend probleem dat in deze context naar voren komt, is het aanzienlijke kruipgedrag dat de vezelvliesmaterialen vertonen wanneer ze worden blootgesteld aan herhaalde vervormingen. De microstructuur van het materiaal (Figuur 1) leidt tot aanvullende vervormingsmechanismen. Wanneer de vezels worden blootgesteld aan externe krachten, kunnen ze zich heroriënteren en uitlijnen in de richting van de uitgeoefende belasting. De contactpunten tussen de vezels zijn gevoelig voor breuk. Macroscopisch gezien resulteert dit in een verhoogde plastische vervorming of KruipKruip beschrijft een tijd- en temperatuurafhankelijke plastische vervorming onder een constante kracht. Wanneer een constante kracht wordt uitgeoefend op een rubbermengsel, is de initiële vervorming die wordt verkregen door het uitoefenen van de kracht niet vast. De vervorming neemt toe met de tijd.kruip in vergelijking met dicht opeengepakte materialen. In een implantatiescenario wordt het vlies herhaaldelijk aan vervorming blootgesteld, bijvoorbeeld door samentrekking van het omliggende spierweefsel.
Naarmate de plastische vervorming van het nonwoven toeneemt, bestaat het risico dat het door losraken het contact met het omliggende weefsel verliest. Daarom is het van cruciaal belang om dit dynamische kruipgedrag van op vezels gebaseerde implantaten te karakteriseren.
Metingen van trek- en kruipherstel bij PCL-vliesstoffen
De trek- en kruipherstelmetingen werden uitgevoerd bij 37 °C met behulp van een DMA 303 van NETZSCH Eplexor® in trekmodus. Uit de PCL-vliesstoffen werden rechthoekige proefstukken met een lengte van 20 mm, een breedte van 5 mm en een dikte van 0,3 mm gesneden (Figuur 2). Het materiaal werd in eerste instantie gekarakteriseerd door middel van een quasi-statische trektest. Er werd een rek snelheid van 0,5 %/s en een voorbelasting van 0,1 N toegepast. De resultaten van de trektest worden weergegeven in figuur 3. De waarnemingen wijzen erop dat er een elastische spanning-rekrelatie kan worden vastgesteld tot een rek van ongeveer 8 %.
Er werden KruipKruip beschrijft een tijd- en temperatuurafhankelijke plastische vervorming onder een constante kracht. Wanneer een constante kracht wordt uitgeoefend op een rubbermengsel, is de initiële vervorming die wordt verkregen door het uitoefenen van de kracht niet vast. De vervorming neemt toe met de tijd.kruip-herstelmetingen uitgevoerd in vijf cycli, waarbij in elke cyclus een vaste verplaatsing van 5% werd toegepast. De resultaten van deze metingen worden weergegeven in figuur 4. De restrek werd voor elke meetcyclus aan het einde van de herstelfase bepaald, zoals geïllustreerd in figuur 5. Het is duidelijk dat de restrek het meest uitgesproken is na de eerste cyclus en vervolgens blijft afnemen. De meetresultaten wijzen op een consistente afname van de restrek over alle cycli heen, wat duidt op een nadering van een grenswaarde. Deze bevinding geeft aan dat het waargenomen kruipgedrag voornamelijk kan worden toegeschreven aan structurele reorganisatie binnen het vezelnetwerk, in plaats van aan moleculaire visco-elastische of visco-plastische mechanismen.
Conclusie
Het uitvoeren van statische trektests als voornaamste methode voor het karakteriseren van op vezels gebaseerde scaffolds in weefselengineering blijft een gangbare praktijk. Na implantatie kan herhaalde vervorming echter leiden tot macroscopische KruipKruip beschrijft een tijd- en temperatuurafhankelijke plastische vervorming onder een constante kracht. Wanneer een constante kracht wordt uitgeoefend op een rubbermengsel, is de initiële vervorming die wordt verkregen door het uitoefenen van de kracht niet vast. De vervorming neemt toe met de tijd.kruip als gevolg van de reorganisatie van het vezelnetwerk. Dit effect komt niet tot uiting in statische trektests. De resultaten van de trektest geven aan dat een rek van 5% binnen het elastische gebied valt. Uit KruipKruip beschrijft een tijd- en temperatuurafhankelijke plastische vervorming onder een constante kracht. Wanneer een constante kracht wordt uitgeoefend op een rubbermengsel, is de initiële vervorming die wordt verkregen door het uitoefenen van de kracht niet vast. De vervorming neemt toe met de tijd.kruip-herstelexperimenten is echter gebleken dat er zelfs bij deze rekniveaus restrek optreedt. Daarom leveren KruipKruip beschrijft een tijd- en temperatuurafhankelijke plastische vervorming onder een constante kracht. Wanneer een constante kracht wordt uitgeoefend op een rubbermengsel, is de initiële vervorming die wordt verkregen door het uitoefenen van de kracht niet vast. De vervorming neemt toe met de tijd. kruip-herstelexperimenten met de NETZSCH DMA 303 Eplexor® belangrijke informatie op over het mechanische gedrag van op vezels gebaseerde scaffolds onder dynamische belasting.