Inledning
Biologiskt nedbrytbara nonwoven-material har visat sig ha en betydande potential inom biomedicinsk teknik, särskilt när det gäller vävnadsteknik. Syftet med vävnadsteknik är att underlätta regenereringen av skadad vävnad genom att integrera celler med tillfälliga tredimensionella stödstrukturer (stödstrukturer). Biologiskt nedbrytbara scaffolds spelar en avgörande roll i denna process genom att ge cellerna ett tillfälligt strukturellt stöd. Fiberbaserade nonwoven-material är särskilt väl lämpade för detta ändamål, eftersom deras fiberliknande struktur påminner om den naturliga extracellulära matrisen. Denna arkitektur möjliggör hög porositet och en stor specifik yta, vilket främjar celladhesion, migration och proliferation.
Polykaprolakton (PCL) är ett material som används i stor utsträckning vid tillverkning av nedbrytbara fiberbaserade stödstrukturer. PCL är en halvkristallin, alifatisk polyester som kännetecknas av god biokompatibilitet, en kontrollerbar och relativt långsam hydrolytisk nedbrytning samt god bearbetbarhet. Elektrospinning eller smältelektrospinning kan användas för att framställa fiberbaserade nonwoven-material av PCL, vilket ger möjlighet till precis kontroll över fiberns geometri, porositet och mekaniska egenskaper.
PCL-stödstrukturer används ofta inom vävnadsteknik för belastningsbärande strukturer såsom senor och muskler [1,2]. Ett viktigt problem som uppstår i detta sammanhang är det betydande krypbeteendet som fibervävnaden uppvisar när den utsätts för upprepade deformationer. Materialets mikrostruktur (figur 1) leder till ytterligare deformationsmekanismer. När fibrerna utsätts för yttre krafter kan de genomgå omorientering och inriktning i riktning mot den pålagda belastningen. Kontaktpunkterna mellan fibrerna är känsliga för brott. Makroskopiskt resulterar detta i ökad plastisk deformation eller krypning jämfört med tätt packade material. Vid implantation utsätts fiberduken upprepade gånger för deformation, till exempel genom sammandragning av den omgivande muskelvävnaden.
I takt med att den plastiska deformationen av nonwoven-materialet ökar finns det en risk att det förlorar kontakten med den omgivande vävnaden på grund av att det lossnar. Därför är det avgörande att karakterisera detta dynamiska krypbeteende hos fiberbaserade implantat.
Mätningar av draghållfasthet och krypåterhämtning hos PCL-fiberdukar
Mätningar av draghållfasthet och KrypKrypning beskriver en tids- och temperaturberoende plastisk deformation under en konstant kraft. När en konstant kraft appliceras på en gummiblandning är den initiala deformationen som erhålls på grund av kraftpåverkan inte fast. Deformationen kommer att öka med tiden.krypåterhämtning utfördes vid 37 °C med hjälp av ett DMA 303-instrument från NETZSCH Eplexor® i dragprovningsläge. Rektangulära provbitar med måtten 20 mm i längd, 5 mm i bredd och 0,3 mm i tjocklek skars ut ur PCL-nonwovenmaterialet (figur 2). Materialet karakteriserades inledningsvis genom ett kvasistatiskt dragprov. En töjningshastighet på 0,5 %/s och en förspänning på 0,1 N tillämpades. Resultaten från dragprovet visas i figur 3. Observationerna tyder på att ett elastiskt spännings-töjningsförhållande kan identifieras upp till en töjning på cirka 8 %.
Mätningar av KrypKrypning beskriver en tids- och temperaturberoende plastisk deformation under en konstant kraft. När en konstant kraft appliceras på en gummiblandning är den initiala deformationen som erhålls på grund av kraftpåverkan inte fast. Deformationen kommer att öka med tiden.krypåterhämtning utfördes i fem cykler, där en fast förskjutning på 5 % användes i varje cykel. Mätresultaten presenteras i figur 4. Resttöjningen bestämdes för varje mätcykel vid slutet av återhämtningsfasen, såsom illustreras i figur 5. Det framgår tydligt att resttöjningen är som mest uttalad efter den inledande cykeln och därefter fortsätter att minska. Mätresultaten visar en konsekvent minskning av resttöjningen över alla cykler, vilket tyder på att man närmar sig ett gränsvärde. Detta resultat indikerar att det observerade krypbeteendet huvudsakligen kan tillskrivas en strukturell omorganisation inom fibernätverket snarare än molekylära viskoelastiska eller viskoplastiska mekanismer.
Slutsats
Att använda statiska dragprov som den dominerande metoden för karakterisering av fiberbaserade stödstrukturer inom vävnadsteknik är fortfarande en utbredd praxis. Efter implantation kan dock upprepade deformationer leda till makroskopisk krypning till följd av omorganisationen av fibernätverket. Denna effekt framgår inte av statiska dragprov. Resultaten från dragprovet visar att en töjning på 5 % ligger inom det elastiska området. Experiment med KrypKrypning beskriver en tids- och temperaturberoende plastisk deformation under en konstant kraft. När en konstant kraft appliceras på en gummiblandning är den initiala deformationen som erhålls på grund av kraftpåverkan inte fast. Deformationen kommer att öka med tiden.krypåterhämtning har dock visat att resttöjning uppstår även vid dessa töjningsnivåer. Därför ger experiment med KrypKrypning beskriver en tids- och temperaturberoende plastisk deformation under en konstant kraft. När en konstant kraft appliceras på en gummiblandning är den initiala deformationen som erhålls på grund av kraftpåverkan inte fast. Deformationen kommer att öka med tiden. krypåterhämtning, utförda med NETZSCH DMA 303 Eplexor®, viktig information om det mekaniska beteendet hos fiberbaserade scaffoldar under dynamisk belastning.