聚偏二氟乙烯(PVDF)疝修補(bǔ)片的制備與性能研究.pdf

1、醫(yī)用紡織品，是紡織技術(shù)領(lǐng)域較新的一支分支，是紡織技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)的結(jié)合，具有很高的創(chuàng)新性和科技含量，以及廣闊的應(yīng)用價值。疝修補(bǔ)片，屬于醫(yī)用紡織品中的外科植入性紡織品，用于無張力疝修補(bǔ)術(shù)，是手術(shù)過程中必不可少的材料之一。疝修補(bǔ)片的性能會直接關(guān)系到術(shù)后的修復(fù)情況。疝氣對人體的危害很大，它不能自愈，必須依靠疝修補(bǔ)術(shù)才能得以治療，輕則影響生活，重則造成死亡。疝氣不僅僅是一種老年病，兒童和成人患疝病的幾率也在逐年提高。每年大約有500萬人被診斷出患

2、有疝氣，對于疝修補(bǔ)片的需求逐年遞增。因此，對疝修補(bǔ)片的性能研究與開發(fā)具有非常廣闊的應(yīng)用前景和社會經(jīng)濟(jì)效益。
　　聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，PVDF)是一種較新的疝修補(bǔ)材料，具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性能，近年來在疝修補(bǔ)領(lǐng)域取得了較大的研究進(jìn)展，證實其在疝修補(bǔ)術(shù)中具有良好的生物相容性及生物穩(wěn)定性。在國內(nèi)外的研究中，關(guān)于PVDF補(bǔ)片的制備與力學(xué)性能的研究以及補(bǔ)片的開發(fā)較為匱乏。因此，本文針對PVDF單絲、

3、PVDF補(bǔ)片的力學(xué)性能以及PVDF補(bǔ)片的熱定型制備工藝進(jìn)行了深入的研究，并且研制了圖案化靜電紡防粘連膜和新型的聚己內(nèi)酯(polycaprolactone，PCL)/PVDF復(fù)合補(bǔ)片。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1) PVDF單絲和補(bǔ)片的力學(xué)性能研究
　　本文研究了PVDF單絲和PVDF補(bǔ)片的拉伸性能、蠕變性能、彈性回復(fù)性能、疲勞性能、撕破性能、頂破性能、縫合線抗拉性能等力學(xué)性能，并與常用補(bǔ)片材料聚丙烯(polypropyl

4、ene，PP)單絲和PP補(bǔ)片以及人體腹壁需求進(jìn)行了對比。PVDF和PP單絲的對比結(jié)果顯示:PVDF單絲的拉伸性能與PP單絲接近， PVDF單絲具有較小的蠕變形變、較大的彈性回復(fù)率和較小的疲勞形變，與PP單絲相比，PVDF單絲具有較好的彈性和穩(wěn)定性，不易在使用過程中因外力的作用而發(fā)生形變或強(qiáng)力下降，引起斷裂。PVDF與PP補(bǔ)片的對比結(jié)果顯示:PVDF和PP補(bǔ)片具有相近的拉伸性能，兩種補(bǔ)片在撕破、頂破和縫合線抗拉性能方面，均能滿足人體腹壁的

5、需求，PVDF補(bǔ)片具有較小的蠕變形變和較大的彈性回復(fù)率，彈性和穩(wěn)定性好于PP補(bǔ)片。無論是PVDF補(bǔ)片還是PP補(bǔ)片，補(bǔ)片縱、橫向的力學(xué)性能均存在一定差異，縱向顯示出較大的強(qiáng)力和較小的彈性。
　　(2) PVDF單絲及補(bǔ)片的蠕變力學(xué)模型
　　本文從理論方面研究了PVDF單絲和補(bǔ)片的蠕變性能。采用三種蠕變力學(xué)模型對PVDF和PP單絲及補(bǔ)片的蠕變實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，對比出較佳的蠕變力學(xué)模型，并通過計算出的蠕變方程預(yù)測補(bǔ)片的長期蠕變性能

6、。研究結(jié)果顯示:在三種蠕變模型（四元件模型、改進(jìn)的馬克思韋爾模型和艾林模型）中，改進(jìn)的馬克思韋爾模型與實驗曲線之間具有最高的擬合度。對于PVDF和PP單絲及補(bǔ)片而言，改進(jìn)的馬克思韋爾模型具有最高的相關(guān)指數(shù)R2。改進(jìn)的馬克思韋爾模型可以較好地描述補(bǔ)片的蠕變性能。采用改進(jìn)的馬克思韋爾模型方程計算蠕變時間為600s時PVDF補(bǔ)片縱、橫向的蠕變形變，并與實驗結(jié)果進(jìn)行驗證，發(fā)現(xiàn)理論計算值與實驗結(jié)果基本一致，差異率僅為1.5％。使用改進(jìn)的馬克思韋爾

7、模型方程計算出PVDF和PP補(bǔ)片的理論長期蠕變形變，對比結(jié)果顯示，不論是縱向還是橫向，PVDF補(bǔ)片的理論蠕變形變均小于PP補(bǔ)片，且隨著蠕變時間的增加，PVDF補(bǔ)片的優(yōu)勢并未改變。與PP補(bǔ)片相比，PVDF補(bǔ)片具有更好的長期穩(wěn)定性。這種通過蠕變模型方程計算蠕變形變的方法可以大大縮短蠕變實驗的時間，能夠利用較短時間內(nèi)的實驗數(shù)據(jù)獲得補(bǔ)片長期的蠕變性能。
　　(3) PVDF補(bǔ)片熱定型工藝參數(shù)優(yōu)選
　　本文以PVDF補(bǔ)片為研究對象，選

8、用溫度、時間和外加張力3因素，每個因素3水平，對PVDF補(bǔ)片進(jìn)行了熱定型工藝參數(shù)優(yōu)選的正交試驗，以探究溫度、時間和外加張力對PVDF補(bǔ)片的基本參數(shù)（面密度、密度、厚度、孔隙率）和力學(xué)性能（拉伸性能、頂破性能、縫合線抗拉性能、彈性回復(fù)性能）的影響。研究結(jié)果顯示:外加張力和溫度對補(bǔ)片基本參數(shù)和力學(xué)性能的影響較大，時間的影響較小，PVDF補(bǔ)片熱定型工藝參數(shù)優(yōu)選為溫度140℃，定型時間10min，外加張力中間力（補(bǔ)片縱向伸長2.90％，橫向伸長

9、0.99％），此時PVDF補(bǔ)片能夠獲得較好的力學(xué)性能。
　　(4)圖案化靜電紡防粘連膜的制備與性能
　　本文采用靜電紡工藝，將PCL聚合物溶液直接噴制在由PVDF補(bǔ)片和鋁箔組成的接收裝置上，形成圖案化防粘連膜。研究了制備工藝對納米纖維形態(tài)和圖案化防粘連膜形態(tài)的影響、圖案化防粘連膜的親水性和透氣性，以及鋁箔對圖案化防粘連膜形態(tài)的影響。研究結(jié)果顯示:PCL納米纖維直徑與溶液濃度成正比，與電導(dǎo)率、電壓和纖維接收距離成反比，其中電導(dǎo)

10、率的影響更為明顯，納米纖維直徑的變化幅度較大;對于靜電紡薄膜的孔隙率而言，工藝參數(shù)對其影響較小，變化幅度不大且無明顯規(guī)律;對于靜電紡薄膜的表面積-體積比而言，上述四種工藝參數(shù)的影響較為明顯，且主要與納米纖維直徑相關(guān)，隨著納米纖維直徑的減小，表面積-體積比會隨之增大;圖案化防粘連膜與無序靜電紡薄膜相比，吸水率和透氣率均有所提高，圖案化防粘連膜的吸水率為530.8％，而無序靜電紡薄膜僅為102.7％，圖案化防粘連膜的透氣率為68.12％，而

11、無序靜電紡薄膜僅為25.16％;圖案化防粘連膜的圖案會隨著納米纖維直徑的增加而逐漸變模糊，較細(xì)的納米纖維更容易受到電場力的影響，避開織物空隙，沉積在單絲上，在織物表面形成清晰圖案化薄膜;當(dāng)補(bǔ)片的厚度和單絲直徑較小時，納米纖維更容易在織物孔隙間接觸到鋁箔，從而聚集在孔隙間形成無序薄膜，當(dāng)單絲直徑較大或織物較厚時，容易形成較為清晰的圖案化薄膜;在織物背后添加導(dǎo)電的鋁箔有益于使納米纖維向織物上聚集，增加薄膜與織物的粘接度，由于聚合物織物為不導(dǎo)

12、電體，單獨(dú)使用織物作為接受裝置時，納米纖維較難吸附于織物上，難以噴成較厚的靜電紡薄膜，且納米纖維之間堆砌較為蓬松，薄膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)松散，圖案的清晰度有所下降。
　　(5) PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片的制備與性能
　　本文創(chuàng)新性地研發(fā)了一種新型的三明治結(jié)構(gòu)的PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片，并對該復(fù)合補(bǔ)片的力學(xué)性能和生物性能進(jìn)行了實驗研究，以探究該復(fù)合補(bǔ)片的實用性。在結(jié)構(gòu)方面，PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片的結(jié)構(gòu)為“三明治”式，上下兩層為光滑的P

13、CL靜電紡薄膜，可以在疝修補(bǔ)術(shù)中發(fā)揮其優(yōu)良的生物性能，中間層為PVDF大孔徑經(jīng)編結(jié)構(gòu)的骨架，可以起到支撐作用，提高補(bǔ)片力學(xué)性能。在力學(xué)性能方面，PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片的力學(xué)性能夠滿足人體腹壁的大部分需求，與單一PCL靜電紡薄膜相比，PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片的撕破強(qiáng)力、頂破強(qiáng)力、縫合線抗拉強(qiáng)力均有了明顯的提高，其中頂破強(qiáng)力和縫合線抗拉強(qiáng)力分別達(dá)到人體所需的32N/cm和20N，PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片的頂破強(qiáng)力為34.86N/cm，而P

14、CL靜電紡薄膜的頂破強(qiáng)力為27.77N/cm，PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片縱向的縫合線抗拉強(qiáng)力為23.52N，橫向為30.74N，而PCL靜電紡薄膜的縫合線抗拉強(qiáng)力僅為9.4N; PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片的彈性在人體所需范圍10％-30％之內(nèi)，為24.56％，而PCL靜電紡薄膜的彈性為50.56％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過理想范圍。在生物性能方面，體外細(xì)胞毒性實驗結(jié)果顯示PCL/PVDF復(fù)合補(bǔ)片的毒性屬于輕微的細(xì)胞毒性，可以滿足臨床需要，符合生物材料對細(xì)胞