论文部分内容阅读
背景:随着我国国力日益增长和生活水平提高,韧带损伤的发生率逐年增加。以最常见的前交叉韧带损伤为例,它的每年发生率在瑞士大约1500/10万,新西兰大约1200/10万,美国大约3000/10万,而我国每年的韧带损伤人数保守估计在1千万以上。由于韧带损伤保守治疗效果不佳,目前通过手术重建和修复受损韧带成为主流治疗方法。自体或者异体肌腱移植由于其引起的并发症较多,来源紧缺等问题,后逐渐被人工韧带所取代。其手术花费高也是一个不容忽视的问题。目前最流行的人工韧带就是LARS韧带(ligament advanced reinforcement system),由聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)纤维制成。但是PET分子的结构高度对称,低表面能量导致了细胞很难依附和进入PET纤维内部,其生物活性仍然不能令人满意。其力学性能欠佳导致韧带编织过密,纤维间隙小,同样不利于周围组织长入。氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是石墨烯的功能化衍生物,空间结构与石墨烯相似,有着良好的机械性能,特殊的是氧化石墨烯含有大量活性基团,如羟基、羰基、羧基、环氧基团,这些基团赋予了GO较好的亲水性及生物活性。目前,氧化石墨烯与PET的复合尚无学者研究,GO是否能促进PET人工韧带的力学性能及生物活性尚不清楚。目的:探索如何制备复合型GO/PET人工韧带,进而探索氧化石墨烯的引入对于PET人工韧带的结构、力学性能、亲水性、表面生物活性等的影响。材料与方法:1、复合型GO/PET拉伸试样的制备及力学性能研究:首先以改进的Hummers法制备氧化石墨烯粉末。添加GO的质量分数分别为0%、2%、3%,通过熔融、注塑制备PET、2%GO/PET、3%GO/PET拉伸试样。使用Testometric M350-20KN万能试验机对拉伸试样的最大负荷、断裂强度、抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量进行测试并进行统计学分析。2、复合型GO/PET人工韧带支架材料的制备及性能研究:选用熔融纺丝技术制备复合型GO/PET纤维长丝,然后编织成直径1mm、长度6cm的人工韧带支架材料。使用万能试验机对支架材料的最大负荷、断裂强度、抗拉强度、断裂伸长率、弹性模量进行测试并进行统计学分析。使用JY-PHa接触角测定仪检测两组的水接触角来分析亲水性。与成人骨髓间充质干细胞共培养实验中,使用SEM观察材料表面细胞依附生长情况,使用MTT法检测细胞的增殖能力,ALP试剂盒检测细胞分化能力。结果:1、2%GO/PET和3%GO/PET拉伸试样的力学性能均显著性增加,且2%GO/PET的力学性能更佳。2、GO/PET人工韧带支架材料的力学性能明显增加,与PET组之间有着显著性差异。水接触角为53.4±1.3809°,亲水性得到显著性提高;SEM观察显示GO/PET组的细胞依附生长状况更好;MTT法检测显示细胞增殖能力明显提高;ALP活性增加提示细胞分化能力明显增加。结论:本研究首次将氧化石墨烯与PET材料复合,并且以熔融纺丝技术成功制备出复合型人工韧带支架材料,相比于单纯PET材料,其力学性能上有着显著性提高,其亲水性及细胞依附生长、增殖、分化能力的提高说明GO/PET具有良好的生物活性。这些特性说明它能够降低LARS韧带的编织密度,促进细胞生长,符合临床人工韧带应用的需要。我们的这种改性方法是具有较好的科研及临床应用前景的一种LARS人工韧带改进方法,为改善LARS韧带的功能及生物重建、近远期疗效提供了理论依据。