【摘 要】
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前交叉韧带(Anterior cruciate ligament,ACL)是维持人体膝关节稳定的重要韧带,也是发病率最高的韧带。人工韧带移植是目前临床常采用的重建ACL的方式。然而,现有的人工韧带产品多由不可降解材料制成,中远期存在疲劳松弛、应力遮挡、慢性炎症等问题。而可降解人工韧带研究中的主要问题是,力学性能不足、材料的降解速率与韧带再生速率不匹配以及力学衰减速率过快。因此,本研究以丝素纤维为原
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前交叉韧带(Anteriorcruciateligament,ACL)是维持人体膝关节稳定的重要韧带,也是发病率最高的韧带。人工韧带移植是目前临床常采用的重建ACL的方式。然而,现有的人工韧带产品多由不可降解材料制成,中远期存在疲劳松弛、应力遮挡、慢性炎症等问题。而可降解人工韧带研究中的主要问题是,力学性能不足、材料的降解速率与韧带再生速率不匹配以及力学衰减速率过快。因此,本研究以丝素纤维为原材料,编织了系列人工韧带材料,并以聚氨酯和纳米羟基磷灰石材料对人工韧带材料进行涂层。而且,对人工韧带材料的力学性能、降解性能和生物相容性进行了较系统地表征。本研究的主要内容包括:(1)设计并制备了壳芯结构和多层结构两种编织基人工韧带,探究不同的结构对人工韧带力学性能的影响并进行结构优选;(2)制备了不同组分的聚氨酯-纳米羟基磷灰石(PU/N-Hap)涂层,探究了不同组分对涂层表面形态和力学性能的影响并进行涂层参数的优选;(3)对制备的人工韧带进行较系统的力学性能表征;(4)对制备的人工韧带进行降解性能表征,探究涂层对降解速率的调控作用;(5)对涂层前后的人工韧带进行生物相容性比较。研究结果及主要结论如下:(1)壳芯结构相比于多层结构具有更均匀的表面孔隙和更好的力学性能,同时尺寸可控,是较为理想的人工韧带结构。(2)PU/N-Hap涂层中N-Hap的团聚情况随其含量的增多而加重,当N-Hap含量大于30%wt时,多数纳米粒子发生了团聚,15%wt或20%wt的配比较为合适;PU/N-Hap涂层的断裂强力在低浓度时随N-Hap含量的增加而减小,当N-Hap含量大于30%wt时整体涂层的断裂强力略有增加,10%wt或15%wt的组分较为合适。综合考虑选择15%wt作为涂层参数。(3)复合涂层处理使人工韧带的断裂强度增大了17.14%,同时耐疲劳性能也得到了显著改善,制得的人工韧带具有良好的弹性回复性能、拉伸断裂性能和耐疲劳性能。(4)体外酶加速降解实验表明,涂层以及壳芯结构的存在明显延缓了人工韧带材料的降解速率。降解第84天时,单层组质量损失率为9.45%,完整组为8.18%。化学及表面结构分析表明,降解过程中首先发生降解的是外壳表面的少量PU,随后PU内包裹的N-Hap发生降解或剥落,最后才是丝素纤维的降解。说明可以通过改变组分配比以及涂层工艺对人工韧带的降解过程进行调控。(5)细胞相容性试验结果表明,N-Hap的加入对成纤维细胞的粘附和铺展起到了促进作用。大鼠皮下埋植实验结果表明,该人工韧带材料具有良好的组织相容性,涂层的存在有效延缓了其降解过程。
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