Giriş
Biyobozunur dokunmamış malzemeler, biyomedikal mühendisliği alanında, özellikle de doku mühendisliği uygulamalarında önemli bir potansiyel sergilemiştir. Doku mühendisliğinin amacı, hücreleri geçici üç boyutlu destek yapılarıyla (iskeletler) birleştirerek hasarlı dokunun yenilenmesini kolaylaştırmaktır. Biyobozunur iskeletler, hücrelere geçici yapısal destek sağlayarak bu süreçte hayati bir rol oynar. Elyaf tabanlı dokumasız malzemeler, elyaf benzeri yapıları doğal hücre dışı matrise benzediği için bu amaç için özellikle uygundur. Bu yapı, yüksek gözeneklilik ve belirli bir yüzey alanı sağlar, böylece hücre yapışmasını, göçünü ve çoğalmasını destekler.
Polikaprolakton (PCL), parçalanabilir elyaf bazlı iskeletlerin üretiminde yaygın olarak kullanılan bir malzemedir. PCL, iyi biyouyumluluk, kontrol edilebilir ve nispeten yavaş hidrolitik parçalanma ve iyi işlenebilirlik özellikleriyle karakterize edilen yarı kristal, alifatik bir polyesterdir. Elektrospinning veya eriyik elektrospinning, PCL'den elyaflı dokumasız kumaşlar üretmek için kullanılabilir; bu da elyaf geometrisi, gözeneklilik ve mekanik özellikler üzerinde hassas bir kontrol sağlar.
PCL iskeletleri, genellikle tendonlar ve kaslar gibi yük taşıyan yapıların doku mühendisliğinde kullanılır [1,2]. Bu bağlamda ortaya çıkan önemli bir sorun, tekrarlanan deformasyonlara maruz kaldıklarında elyaflı dokusuz kumaşların sergilediği belirgin sünme davranışıdır. Malzemenin mikroyapısı (Şekil 1), ek deformasyon mekanizmalarına yol açar. Dış kuvvetlere maruz kaldıklarında, lifler uygulanan yük yönünde yeniden yönlendirilme ve hizalanma geçirebilir. Lifler arasındaki temas noktaları kopmaya yatkındır. Makroskobik olarak bu durum, yoğun şekilde paketlenmiş malzemelere kıyasla artmış plastik deformasyon veya sünme ile sonuçlanır. Bir implantasyon senaryosunda, dokunmamış malzeme, örneğin çevreleyen kas dokusunun kasılması yoluyla tekrar tekrar deformasyona maruz kalır.
Dokumasız malzemenin plastik deformasyonu arttıkça, gevşeme nedeniyle çevre dokuyla temasını kaybetme riski ortaya çıkar. Bu nedenle, elyaf bazlı implantların bu dinamik sünme davranışını karakterize etmek hayati önem taşır.
PCL Dokumasız Kumaşlarda Çekme ve Sürünme Geri Kazanım Ölçümleri
Çekme ve sünme geri kazanım ölçümleri, 37 °C’de NETZSCH DMA 303 Eplexor® cihazı kullanılarak çekme modunda gerçekleştirilmiştir. PCL dokumasız kumaşlardan 20 mm uzunluğunda, 5 mm genişliğinde ve 0,3 mm kalınlığında dikdörtgen numuneler alınmıştır (Şekil 2). Malzeme, ilk olarak yarı statik çekme testi yapılarak karakterize edildi. 0,5 %/s uzama hızı ve 0,1 N ön yük uygulandı. Çekme testi sonuçları Şekil 3’te gösterilmiştir. Gözlemler, yaklaşık %8’lik bir gerilmeye kadar elastik gerilme-gerinim ilişkisinin tespit edilebileceğini göstermektedir.
SürünmeSünme, sabit bir kuvvet altında zamana ve sıcaklığa bağlı plastik deformasyonu tanımlar. Bir kauçuk bileşiğine sabit bir kuvvet uygulandığında, kuvvetin uygulanması nedeniyle elde edilen ilk deformasyon sabit değildir. Deformasyon zamanla artacaktır.Sürünme geri kazanım ölçümleri, her döngüde %5’lik sabit bir yer değiştirme kullanılarak beş döngü halinde gerçekleştirildi. Bu ölçüm sonuçları Şekil 4’te sunulmuştur. Şekil 5'te gösterildiği gibi, her ölçüm döngüsü için geri kazanım aşamasının sonunda kalıntı gerinim belirlenmiştir. Kalıntı gerinimin ilk döngüden sonra en belirgin olduğu ve ardından azalmaya devam ettiği açıktır. Ölçüm sonuçları, tüm döngüler boyunca kalıntı gerilimde tutarlı bir azalma olduğunu göstermekte ve bunun bir sınır değere yaklaştığını düşündürmektedir. Bu bulgu, gözlemlenen SürünmeSünme, sabit bir kuvvet altında zamana ve sıcaklığa bağlı plastik deformasyonu tanımlar. Bir kauçuk bileşiğine sabit bir kuvvet uygulandığında, kuvvetin uygulanması nedeniyle elde edilen ilk deformasyon sabit değildir. Deformasyon zamanla artacaktır.sürünme davranışının, moleküler viskoelastik veya viskoplastik mekanizmalardan ziyade, esas olarak lif ağı içindeki yapısal yeniden düzenlemeye atfedilebileceğini göstermektedir.
Sonuç
Doku mühendisliğinde lif bazlı iskeletlerin karakterizasyonu için başlıca yöntem olarak statik çekme testlerinin uygulanması, hâlâ yaygın bir uygulama olmaya devam etmektedir. Ancak, implantasyonun ardından tekrarlanan deformasyonlar, lif ağının yeniden düzenlenmesine bağlı olarak makroskopik sünmeye yol açabilir. Bu etki, statik çekme testlerinde belirgin değildir. Çekme testi sonuçları, %5'lik bir gerinimin elastik bölgeye girdiğini göstermektedir. Ancak, sünme geri kazanım deneyleri, bu gerinim seviyelerinde bile kalıcı gerinim oluştuğunu ortaya koymuştur. Bu nedenle, NETZSCH adresindeki DMA 303 Eplexor® cihazı ile yapılan sünme geri kazanım deneyleri, dinamik yük altında lif bazlı iskeletlerin mekanik davranışları hakkında önemli bilgiler sağlamaktadır.