人工韧带表面改性及其体外矿化性能研究

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人工韧带移植是临床治疗韧带断裂及缺损性疾病的有效手段,然而现有人工韧带产品在使用过程中仍然存在骨愈合不良的问题。因此,本研究设计并编织了涤纶(PET)和丝素纤维(SF)两种人工韧带,并采用多巴胺溶液对材料表面进行涂层改性。期望改善人工韧带材料的体外矿化性能及细胞相容性,从而提高人工韧带的骨愈合性能。
  本论文的主要内容包括:(1)通过编织法制备涤纶和丝素纤维两种人工韧带,探究了编织角与线密度对人工韧带结构和力学性能的影响;(2)采用多巴胺溶液对两种人工韧带材料表面进行涂层改性,探究了聚多巴胺涂层对人工韧带材料的力学性能与细胞相容性的影响;(3)对涂层后的人工韧带材料进行体外矿化实验,探究了最佳矿化工艺参数以及涂层对材料矿化性能的影响。研究结果及主要结论如下:
  (1)编织法可以快速成型人工韧带材料,人工韧带的结构设计为两端紧密中间疏松的三段式结构,通过调节编织角可调控人工韧带材料不同部位的结构。线密度对于制备的人工韧带的力学性能有显著影响,结合人体ACL的力学性能,优选PET纱线的线密度为1500 D,丝素纤维的线密度为720支。
  (2)聚多巴胺涂层对PET和SF人工韧带材料的力学性能没有显著影响,且涂层有利于改善材料的细胞相容性, 与PET相比,SF人工韧带材料表面的聚多巴胺沉积量更多,细胞相容性更好。
  (3)沉积周期越多,矿化层钙元素的含量越高,而钙磷摩尔比变化较大。聚多巴胺溶液的浓度越高,矿化效果随之改善,且矿化层钙磷摩尔比保持稳定。最终得出3.0 mg/mL 和2.5 mg/mL的多巴胺溶液分别作为PET和SF材料的最佳涂层浓度,PET和SF材料的最佳沉积周期分别为3个和4个周期。涂层后PET和SF的矿化效果均得到改善,SF相对PET表面矿化层分布更加均匀,且SF的拉伸断裂伸长率更接近人体ACL。
  综上所述,聚多巴胺涂层可以改善PET与SF人工韧带的细胞相容性和矿化效果,且对两组人工韧带的力学性能没有影响。涂层后SF人工韧带相对PET人工韧带具有更好的细胞相容性以及更接近人体ACL的拉伸断裂伸长率。因此,本研究结果可为开发新型人工韧带提供参考。
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