Introducere
Materialele nețesute biodegradabile au demonstrat un potențial considerabil în domeniul ingineriei biomedicale, în special în aplicațiile din domeniul ingineriei tisulare. Obiectivul ingineriei tisulare este de a facilita regenerarea țesutului deteriorat prin integrarea celulelor cu structuri de susținere tridimensionale temporare (schele). Scheletele biodegradabile joacă un rol esențial în acest proces, oferind un suport structural temporar pentru celule. Materialele nețesute pe bază de fibre sunt deosebit de potrivite pentru acest scop, deoarece structura lor asemănătoare fibrelor seamănă cu matricea extracelulară naturală. Această arhitectură permite o porozitate ridicată și o suprafață specifică, favorizând astfel aderența, migrația și proliferarea celulară.
Policaprolactona (PCL) este un material utilizat pe scară largă în fabricarea scheletelor degradabile pe bază de fibre. PCL este un poliester alifatic semicristalin, caracterizat prin biocompatibilitate bună, degradare hidrolitică controlabilă și relativ lentă, precum și o bună prelucrabilitate. Electrofilarea sau electrofilarea prin Temperaturile și entalpiile de topireEntalpia de fuziune a unei substanțe, cunoscută și sub denumirea de căldură latentă, este o măsură a aportului de energie, de obicei căldură, care este necesară pentru a transforma o substanță din stare solidă în stare lichidă. Punctul de topire al unei substanțe este temperatura la care aceasta își schimbă starea din solid (cristalin) în lichid (topitură izotropică). topire pot fi utilizate pentru a genera materiale nețesute din fibre de PCL, ceea ce permite un control precis asupra geometriei fibrelor, a porozității și a proprietăților mecanice.
Scheletele din PCL sunt adesea utilizate în ingineria țesuturilor pentru structuri care suportă sarcini, precum tendoanele și mușchii [1,2]. O problemă notabilă care apare în acest context este comportamentul substanțial de fluaj manifestat de materialele nețesute din fibre atunci când sunt supuse unor deformări repetate. Microstructura materialului (Figura 1) duce la apariția unor mecanisme suplimentare de deformare. Atunci când sunt supuse unor forțe externe, fibrele pot suferi reorientare și aliniere în direcția sarcinii aplicate. Punctele de contact dintre fibre sunt susceptibile la rupere. La nivel macroscopic, acest lucru duce la o deformare plastică sau o fluaj sporit în comparație cu materialele dens compactate. Într-un scenariu de implantare, materialul nețesut este supus în mod repetat la deformare, de exemplu, prin contracția țesutului muscular înconjurător.
Pe măsură ce deformarea plastică a materialului nețesut crește, există riscul ca acesta să-și piardă contactul cu țesutul înconjurător din cauza slăbirii. Prin urmare, este esențial să se caracterizeze acest comportament dinamic de fluaj al implanturilor pe bază de fibre.
Măsurători ale rezistenței la tracțiune și ale recuperării după fluaj la materialele nețesute din PCL
Măsurătorile de rezistență la tracțiune și de recuperare după fluaj au fost efectuate la 37 °C, utilizând un aparat DMA 303 de la NETZSCH Eplexor® , în modul de tracțiune. Au fost prelevate probe dreptunghiulare cu dimensiunile de 20 mm lungime, 5 mm lățime și 0,3 mm grosime din materialele nețesute din PCL (Figura 2). Materialul a fost caracterizat inițial prin efectuarea unui test de tracțiune cvasistatic. S-au aplicat o viteză de alungire de 0,5 %/s și o preîncărcare de 0,1 N. Rezultatele testului de tracțiune sunt prezentate în Figura 3. Observațiile sugerează că se poate identifica o relație elastică tensiune-deformație până la o deformație aproximativă de 8 %.
Măsurătorile de recuperare după fluaj au fost efectuate în cinci cicluri, utilizându-se o deplasare fixă de 5% în fiecare ciclu. Rezultatele acestor măsurători sunt prezentate în figura 4. Deformația reziduală a fost determinată pentru fiecare ciclu de măsurare la sfârșitul fazei de recuperare, așa cum se ilustrează în Figura 5. Este evident că deformația reziduală este cea mai pronunțată după ciclul inițial și, ulterior, continuă să scadă. Rezultatele măsurătorilor indică o scădere constantă a deformației reziduale pe parcursul tuturor ciclurilor, sugerând o apropiere de o valoare limită. Această constatare indică faptul că comportamentul de fluaj observat poate fi atribuit în principal reorganizării structurale din cadrul rețelei de fibre, mai degrabă decât mecanismelor moleculare viscoelastice sau viscoplastice.
Concluzie
Eplexor® Utilizarea încercărilor statice de tracțiune ca metodă predominantă pentru caracterizarea scheletelor pe bază de fibre în ingineria țesuturilor rămâne o practică răspândită. Cu toate acestea, după implantare, deformările repetate pot duce la fluaj macroscopic datorită reorganizării rețelei de fibre. Acest efect nu este evident în încercările statice de tracțiune. Rezultatele testului de tracțiune indică faptul că o deformație de 5% se încadrează în domeniul elastic. Cu toate acestea, experimentele de recuperare după fluaj au arătat că apare o deformație reziduală chiar și la aceste niveluri de deformație. Prin urmare, experimentele de recuperare după fluaj efectuate cu sistemul DMA 303 NETZSCH de la oferă informații importante privind comportamentul mecanic al scheletelor pe bază de fibre sub sarcină dinamică.