PLLA/HA复合材料电纺丝覆膜气管支架的制作及力学性能的基础研究(2)
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电纺丝技术，在组织工程复合材料制作领域中，是一项重要并且常用的工艺。其原理是在高压静电作用下，利用电场力克服聚合物或者复合材料溶液的表面张力，使之形成一股带电的喷射流，于收集装置上电纺丝纤维逐层随机分布，溶剂挥发后，形成无序排列的电纺丝纤维编织的覆膜。由于其纤维结构是取向不同的纤维交织而成，结合较弱，并且会形成不同尺寸的孔，而这些孔的大小及其孔隙率都会对支架的覆膜的性能产生重要的影响。目前组织工程复合材料孔的尺寸大多在20～100 nm[21]。而材料的孔隙率越高，就能够越大限度地为细胞提供生存空间，更好地起到细胞外基质的作用。而当体外培养的细胞进入孔内增殖与分化，能够推动周围的纤维以扩展空间，相应会提高复合材料的细胞渗透性[22]。在一项研究细胞增长的评价实验中，更发现电纺纤维的结构还很有利于促进细胞生长，并有效地促进细胞的接触和渗透[23]。本实验中，通过扫描电镜观察发现PLLA/HA复合材料电纺丝覆膜形成大小不同尺寸的孔，孔隙率较好。而HA的加入，更增加了纤维的直径和表面粗糙程度。这将十分利于种入其间的细胞在与周围环境良好交互的同时，还能很好地保持其自身结构，并沿着纤维不断地定向生长。所以，利用电纺丝技术生产的复合材料纤维，能够很好地仿生细胞外基质，具有良好的生物学性能。
在设计支架的过程中，支架的力学性能是在支架的材料、结构外另一个要考量的重要方面。因为支架的作用不只是为细胞提供生长的表面，更要具备良好的机械稳定性以支撑起宿主的缺陷部位。设计优良的组织工程支架，必须具备以下两方面的力学要求：其一，在植入宿主体内后，必须保持其自身结构的完整性和稳定性；其二，于宿主体内，在组织再生和材料降解的过程中，必须保持足够的机械力学性能。本实验中，PLLA/HA和PLLA切丝力学比较实验表明，他们具有类似的拉力应变曲线，因此PLLA/HA纤维的机械力学性能较好[24]。医用腔内支架的主要失效模式是“塌陷”。从材料力学的角度讲，就是稳定性不够而造成的屈曲失效[25]。支架发生屈曲失效时的临界压力称为支架的径向强度，它是医用内支架最重要的一个性能指标之一，径向支撑力过大或者过小都会带来相关的副作用[26]。本实验中，PLLA/HA复合材料支架为平均7.96 kPa，镍钛合金支架平均7.85 kPa。组间行均数的t检验，组间径向支撑力比较两组间差异无统计学意义。满足气管内支架的径向支撑力机械力学要求。其次是支架表面覆盖率、伸展性和纵向缩短率要达到相应的要求。本实验中，PLLA/HA复合材料支架的表面覆盖率均小于20%，支架扩张率在4%～6%，支架纵向缩短率均小于9%，符合支架表面覆盖率、伸展性和纵向缩短率的相关要求[27]。
总之，本研究中PLLA/HA复合材料电纺丝覆膜支架的力学性能良好，结构形态符合组织工程材料要求，是气管内支架的一种新型材料。
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