人工韌帶PET纖維的滿穿編織及其表面改性方法研究.pdf

1、作為一種嚴(yán)重的常見(jiàn)損傷，韌帶損傷（Ligament Injury，LI）嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量，且其發(fā)病率在逐年增加，不妥善治療可能導(dǎo)致關(guān)節(jié)失穩(wěn)及關(guān)節(jié)內(nèi)慢性損傷等嚴(yán)重后果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)每年僅膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶損傷一項(xiàng)就超過(guò)40萬(wàn)余例。自體移植（Autogenous graft）是目前公認(rèn)的韌帶重建的金標(biāo)準(zhǔn)。然而，因損傷自體供區(qū)組織，多存在相應(yīng)并發(fā)癥。自20世紀(jì)60年代，人工韌帶進(jìn)入臨床應(yīng)用，為韌帶損傷的治療提供了新的解決方案。
　　

2、20世紀(jì)80年代以后,由于各種合成材料的出現(xiàn),許多不同類型的人工韌帶被廣泛應(yīng)用于臨床,并盛行一時(shí),但是隨后多因嚴(yán)重的并發(fā)癥(如急性滑膜炎、人工韌帶斷裂，等),逐漸淘汰。直至上世紀(jì)80年代，隨著材料學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展，人工韌帶重新進(jìn)入臨床。LARS韌帶是目前應(yīng)用最廣、最優(yōu)秀的代表。與自體移植、同種異體移植比較，人工韌帶具有其優(yōu)勢(shì)：①不損傷其他部位自身組織，無(wú)相應(yīng)后遺癥；②手術(shù)簡(jiǎn)單、創(chuàng)傷小、應(yīng)用方便；③無(wú)需制動(dòng)，術(shù)后即可獲得足夠的穩(wěn)定性，術(shù)后恢

3、復(fù)快；④不存在疾病傳播的風(fēng)險(xiǎn)；⑤材料來(lái)源廣泛。
　　聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）具有優(yōu)良的力學(xué)性質(zhì)（生物學(xué)惰性、彈性、抗蠕變性及抗疲勞性等），由于本身具有一定的親水基團(tuán)（如羥基和羧基），使其具有一定的生物相容性。但由于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的分子結(jié)構(gòu)對(duì)稱，結(jié)晶度較高，結(jié)構(gòu)中又沒(méi)有高極性基團(tuán)，親水性較差，生物相容性仍不令人滿意，進(jìn)口同類產(chǎn)品高昂的價(jià)格更是讓國(guó)人不堪重負(fù)。
　　采用表面改性的方法改進(jìn)材料的生物相容性是當(dāng)前研究的熱

4、點(diǎn)。同時(shí)經(jīng)過(guò)編織后形成引導(dǎo)宿主細(xì)胞(如骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞，Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells, BMMSCs)的黏附、增殖和分化，使材料在體內(nèi)形成長(zhǎng)期穩(wěn)定的生物性連接是目前急待解決的問(wèn)題。目前，我國(guó)尚無(wú)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人工韌帶產(chǎn)品。一種具有更好的生物相容性的自有韌帶產(chǎn)品的研發(fā)，具有極大的臨床意義、社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
　　研究目的：
　　1.探索人工韌帶PET纖維的滿穿編織成型工藝、方法。<

5、br>　　2.探討PET纖維材料表面改性方法。
　　3.多種方法分析表征各種改性方法及其表面接枝殼聚糖生物活性大分子的效果。
　　研究方法：
　　1.人工韌帶PET纖維的編織成型：自主改進(jìn)RaschelⅡ型雙梳全幅襯緯經(jīng)編針織機(jī)，減小幅寬至48英寸，機(jī)上縱密8-10/cm、橫密3-5/cm。梳節(jié)1采用通用斷裂強(qiáng)度為2.0cN/dtex（厘牛/分特），彈性變量10％的滌綸纖維，梳節(jié)2分別采用4種不同規(guī)格（1100D、16

6、70D、3300D、4400D）的高純度PET纖維原料，機(jī)速3000r/min，進(jìn)行編織。掃描電鏡下觀察、測(cè)量孔隙大小。
　　2.不同改性方法對(duì)PET纖維材料表面親水性的影響：取4400D高強(qiáng)度PET纖維的編織材料，100℃水浴30分鐘后低溫冷卻后，剪為5cm2大小，進(jìn)行分組處理：空白對(duì)照組(PET)、水解改性組(PET-OH)、化學(xué)改性組（PET-C）、輻射改性組(PET-UA)。紅外光譜分析法檢測(cè)材料表面基團(tuán)變化。顯微鏡拍攝測(cè)

7、量法檢測(cè)材料改性前后水接觸角。
　　3.接枝殼聚糖及其表面特性分析：取輻射改性組(PET-UA)、化學(xué)改性組（PET-C）編織材料，4℃恒低溫接枝殼聚糖。去離子水、無(wú)水乙醇反復(fù)清洗，真空干燥24 h。掃描電鏡下觀察纖維改性后直徑的變化，紅外光譜分析檢測(cè)表面基團(tuán)；X射線光電子能譜分析材料表面組成元素變化。熱失重分析法檢測(cè)接枝率；
　　研究結(jié)果：
　　1.編織材料的特征及其孔隙大?。?100D組因纖維束強(qiáng)度較低、單纖維根數(shù)

8、較少，雖經(jīng)降低機(jī)速等方法編織成型，但織物結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定，孔隙大小差異過(guò)大，無(wú)法使用。1670D、3300D、4400D組織物，結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，雖孔隙大小依舊不規(guī)則，但平均孔隙大小相對(duì)均一，其中，4400D組束間孔隙橫徑為128.20±29.33μm，纖維間孔隙橫徑為24.50±4.71μm；經(jīng)熱收縮處理后束間孔隙橫徑為115.45±24.62μm，纖維間孔隙橫徑為23.20±3.58微米。雖較同類進(jìn)口產(chǎn)品依舊偏大，但不影響改性接枝實(shí)驗(yàn)，也基本

9、可以滿足后續(xù)細(xì)胞學(xué)實(shí)驗(yàn)需要。
　　2.不同改性方法對(duì)PET纖維材料表面親水性的影響：紅外光譜分析法檢測(cè)材料表面基團(tuán)變化，結(jié)果顯示：未處理的PET織物的紅外光譜中，720cm-1處附近為 O-C-O的面外彎曲振動(dòng)和長(zhǎng)碳鏈 CH2()n的特征吸收峰；875cm-1處為苯環(huán)CH面外彎曲振動(dòng)峰；1410cm-1處為苯環(huán)CH面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰；1240cm-1處為PET結(jié)構(gòu)中酯基的伸縮振動(dòng)吸收峰；1710cm-1處為苯環(huán)的C=C振動(dòng)和酯鍵中羰基

10、共振吸收峰。水解改性組與空白對(duì)照組比較，1700cm-1處（C=O鍵）及3200-3500 cm-1處（O-H鍵）的吸收峰值有所增加，證實(shí)材料表面增加的羥基化、羧基化?；瘜W(xué)改性組與空白對(duì)照組比較，1700 cm-1處（C=O鍵）及3200～3500 cm-1處（O-H鍵）的吸收峰值有所增加；與水解改性組比較，3200-3500 cm-1處（O-H鍵）的吸收峰值無(wú)明顯差異，而1700 cm-1處（C=O鍵）吸收峰值的增加更具有顯著性，證實(shí)

11、丙烯酸成功接枝于材料表面，引入大量羧基。輻射聚合改性組與空白對(duì)照組比較，1700cm-1處（C=O鍵）及3200～3500 cm-1處（O-H鍵）的吸收峰值有明顯增加；與化學(xué)改性組比較，C=O鍵吸收峰值較高。顯微鏡拍攝測(cè)量法檢測(cè)材料改性前后水的接觸角，結(jié)果顯示：空白對(duì)照組的水接觸角為85.37±1.53，水解改性后水接觸角為70.05±1.58，前后比較分析有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p＜0.05，n=6）；化學(xué)改性后水接觸角為53.62±1.37，

12、前后比較分析有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p＜0.01，n=6）；輻射聚合改性后水接觸角為48.05±0.95，前后比較分析有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p＜0.01，n=6）；水解改性、化學(xué)改性水接觸角的組間比較分析具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p＜0.05，n=6）；水解改性、輻射聚合改性水接觸角比較分析具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p＜0.05，n=6）；化學(xué)改性、輻射聚合改性水接觸角比較分析均有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（p＜0.05，n=6）；
　　3.輻射聚合接枝殼聚糖及其表面特性分析

13、：TGA分析可知，PET表面的包覆量為9.66wt％。eSEM觀察顯示：殼聚糖接枝改性后，PET纖維的直徑增加到31.546±0.897um。改性前與改性后比較分析，纖維直徑明顯增加，接枝厚度為2.250±0.335um，F(xiàn)TIR分析顯示：于3400cm-1出現(xiàn)了一個(gè)因氫鍵締合的-OH與-NH的伸縮振動(dòng)吸收峰相互重疊而明顯增寬的較強(qiáng)的吸收峰，表明有殼聚糖長(zhǎng)鏈分子接枝于PET表面。1670cm-1左右處出現(xiàn)的峰為酰胺鍵的特征吸收峰。此外，

14、在2920cm-1和2880cm-1處吸收峰增強(qiáng)，歸因于殼聚糖中C-H的兩個(gè)伸縮振動(dòng)吸收峰。XPS分析顯示：經(jīng)殼聚糖改性后，PET表面C1s和O1s峰明顯降低，與之相對(duì)應(yīng)的是N1s峰的出現(xiàn)。
　　研究結(jié)論：
　　1.采用經(jīng)緞編織方法相較于緯編，能夠獲得更穩(wěn)定的PET纖維織物結(jié)構(gòu)，且可根據(jù)需要完成復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備。通過(guò)調(diào)整纖維材料規(guī)格及織機(jī)結(jié)構(gòu)，可以得到適合宿主細(xì)胞吸附、遷移的孔隙規(guī)格，但目前孔隙較同類進(jìn)口產(chǎn)品偏大，且不夠均一，

15、編織工藝有待進(jìn)一步完善。
　　2.三種不同改性方法均可提高PET材料的親水性，其結(jié)果有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與之前報(bào)道結(jié)論一致。輻射聚合改性，效果優(yōu)于其他兩種改性方法，可能與材料具有一定的紫外線透過(guò)率，反應(yīng)面積更大、更充分等因素有關(guān)。此方法，快捷高效、簡(jiǎn)便易行。
　　3.通過(guò)酰胺化反應(yīng)，成功的在引入羧基基團(tuán)的PET纖維材料表面接枝殼聚糖大分子。
　　4.通過(guò)表面改性處理及接枝殼聚糖大分子，明顯改善了PET材料親水性，為進(jìn)一步的細(xì)