仿心脏瓣膜的人工支架的制备和表征

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心脏瓣膜类疾病在全世界有很高的发病率和致死率,据保守估计每年需心脏瓣膜置换手术的人数已超过290000人,且保持5%~12%的增幅;而现存的瓣膜置换支架都自身存在着严重的问题而未得到合理的解决。为制备新型的瓣膜支架材料,本文结合前人的研究基础,以生物相容性好的高分子聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)和力学性能优异的层状蛋白质纤维鸡蛋膜(eggshell membrane,ESM)为原材料,采用冷光源交联的方式制备与心脏瓣膜层状结构相似的聚乙二醇-鸡蛋膜(polyethylene glycol-eggshell membrance,PEG-ESM)层状复合材料,并对其进行了力学检测和生物学表征,最后将层状复合材料做成瓣膜支架进行了脉动系统检测。
  实验结果显示,ESM的蛋白质层状纤维结构及成分组成与心脏瓣膜叶片层状结构和蛋白质组成相似;ESM特殊的J型应力-应变曲线和与水的自恢复特性,为ESM作为原材料进行仿生提供了有力的条件;戊二醛交联后的鸡蛋膜(glutaraldehyde crosslinked eggshell membrance,GA-ESM)在模量和延伸率上符合心脏瓣膜叶片的材料要求;对制备的PEG-ESM复合材料进行的力学表征显示,厚度为400μm的PEG-ESM复合材料的模量为3.73±0.34MPa,延伸率为43.11±11.36%,满足心脏瓣膜叶片的弹性模量及延伸率的要求;动态机械检测和应力松弛分析的结果也表明PEG-ESM复合材料具有一定的粘弹性,且疲劳测试前后力学性能不存在显著差异,初步满足人工心脏瓣膜的疲劳性能要求。同时,对PEG-ESM复合材料的生物学性能测试显示,PEG-ESM复合材料组在Ⅰ型胶原酶和胃蛋白酶中浸泡2周、4周后未发生明显的酶解现象,模量和延伸率也无明显的下降;在钙化试验中,PEG-ESM复合材料的表面无明显的钙化现象,证明PEG水凝胶具有自清洁和抗污的作用,其高分子网格能有效地阻止在蛋白质纤维的表面形成钙化,保持材料原有的特性。对于动物皮下包埋实验,ESM组、GA-ESM组和PEG-ESM组的周围组织切片染色都保持了良好的结构和形态,且周围组织未发现巨噬细胞等免疫细胞的存在,证明材料的生物相容性良好。最后对制备的复合材料进行了脉动系统检测,在整个检测期间,瓣膜支架可以正常的开合,有效开口面积为1.32±0.02cm2满足心脏瓣膜检测标准要求,但也存在返流比大、瓣膜压力未达标等有待解决的问题。
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