医用纺织品,是纺织技术领域较新的一支分支,是纺织技术与生物医学的结合,具有很高的创新性和科技含量,以及广阔的应用价值。疝修补片,属于医用纺织品中的外科植入性纺织品,用于无张力疝修补术,是手术过程中必不可少的材料之一。疝修补片的性能会直接关系到术后的修复情况。疝气对人体的危害很大,它不能自愈,必须依靠疝修补术才能得以治疗,轻则影响生活,重则造成死亡。疝气不仅仅是一种老年病,儿童和成人患疝病的几率也在逐年提高。每年大约有500万人被诊断出患有疝气,对于疝修补片的需求逐年递增。因此,对疝修补片的性能研究与开发具有非常广阔的应用前景和社会经济效益。聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF)是一种较新的疝修补材料,具有稳定的物理、化学性能,近年来在疝修补领域取得了较大的研究进展,证实其在疝修补术中具有良好的生物相容性及生物稳定性。在国内外的研究中,关于PVDF补片的制备与力学性能的研究以及补片的开发较为匮乏。因此,本文针对PVDF单丝、PVDF补片的力学性能以及PVDF补片的热定型制备工艺进行了深入的研究,并且研制了图案化静电纺防粘连膜和新型的聚己内酯(polycaprolactone, PCL)/PVDF复合补片。本文主要研究内容如下：(1)PVDF单丝和补片的力学性能研究本文研究了PVDF单丝和PVDF补片的拉伸性能、蠕变性能、弹性回复性能、疲劳性能、撕破性能、顶破性能、缝合线抗拉性能等力学性能,并与常用补片材料聚丙烯(polypropylene, PP)单丝和PP补片以及人体腹壁需求进行了对比。PVDF和PP单丝的对比结果显示：PVDF单丝的拉伸性能与PP单丝接近, PVDF单丝具有较小的蠕变形变、较大的弹性回复率和较小的疲劳形变,与PP单丝相比,PVDF单丝具有较好的弹性和稳定性,不易在使用过程中因外力的作用而发生形变或强力下降,引起断裂。PVDF与PP补片的对比结果显示：PVDF和PP补片具有相近的拉伸性能,两种补片在撕破、顶破和缝合线抗拉性能方面,均能满足人体腹壁的需求,PVDF补片具有较小的蠕变形变和较大的弹性回复率,弹性和稳定性好于PP补片。无论是PVDF补片还是PP补片,补片纵、横向的力学性能均存在一定差异,纵向显示出较大的强力和较小的弹性。(2)PVDF单丝及补片的蠕变力学模型本文从理论方面研究了PVDF单丝和补片的蠕变性能。采用三种蠕变力学模型对PVDF和PP单丝及补片的蠕变实验数据进行拟合,对比出较佳的蠕变力学模型,并通过计算出的蠕变方程预测补片的长期蠕变性能。研究结果显示：在三种蠕变模型(四元件模型、改进的马克思韦尔模型和艾林模型)中,改进的马克思韦尔模型与实验曲线之间具有最高的拟合度。对于PVDF和PP单丝及补片而言,改进的马克思韦尔模型具有最高的相关指数R2。改进的马克思韦尔模型可以较好地描述补片的蠕变性能。采用改进的马克思韦尔模型方程计算蠕变时间为600s时PVDF补片纵、横向的蠕变形变,并与实验结果进行验证,发现理论计算值与实验结果基本一致,差异率仅为1.5%。使用改进的马克思韦尔模型方程计算出PVDF和PP补片的理论长期蠕变形变,对比结果显示,不论是纵向还是横向,PVDF补片的理论蠕变形变均小于PP补片,且随着蠕变时间的增加,PVDF补片的优势并未改变。与PP补片相比,PVDF补片具有更好的长期稳定性。这种通过蠕变模型方程计算蠕变形变的方法可以大大缩短蠕变实验的时间,能够利用较短时间内的实验数据获得补片长期的蠕变性能。(3) PVDF补片热定型工艺参数优选本文以PVDF补片为研究对象,选用温度、时间和外加张力3因素,每个因素3水平,对PVDF补片进行了热定型工艺参数优选的正交试验,以探究温度、时间和外加张力对PVDF补片的基本参数(面密度、密度、厚度、孔隙率)和力学性能(拉伸性能、顶破性能、缝合线抗拉性能、弹性回复性能)的影响。研究结果显示：外加张力和温度对补片基本参数和力学性能的影响较大,时间的影响较小,PVDF补片热定型工艺参数优选为温度140℃,定型时间10min,外加张力中间力(补片纵向伸长2.90%,横向伸长0.99%),此时PVDF补片能够获得较好的力学性能。(4)图案化静电纺防粘连膜的制备与性能本文采用静电纺工艺,将PCL聚合物溶液直接喷制在由PVDF补片和铝箔组成的接收装置上,形成图案化防粘连膜。研究了制备工艺对纳米纤维形态和图案化防粘连膜形态的影响、图案化防粘连膜的亲水性和透气性,以及铝箔对图案化防粘连膜形态的影响。研究结果显示：PCL纳米纤维直径与溶液浓度成正比,与电导率、电压和纤维接收距离成反比,其中电导率的影响更为明显,纳米纤维直径的变化幅度较大；对于静电纺薄膜的孔隙率而言,工艺参数对其影响较小,变化幅度不大且无明显规律；对于静电纺薄膜的表面积-体积比而言,上述四种工艺参数的影响较为明显,且主要与纳米纤维直径相关,随着纳米纤维直径的减小,表面积-体积比会随之增大；图案化防粘连膜与无序静电纺薄膜相比,吸水率和透气率均有所提高,图案化防粘连膜的吸水率为530.8%,而无序静电纺薄膜仅为102.7%,图案化防粘连膜的透气率为68.12%,而无序静电纺薄膜仅为25.16%；图案化防粘连膜的图案会随着纳米纤维直径的增加而逐渐变模糊,较细的纳米纤维更容易受到电场力的影响,避开织物空隙,沉积在单丝上,在织物表面形成清晰图案化薄膜；当补片的厚度和单丝直径较小时,纳米纤维更容易在织物孔隙间接触到铝箔,从而聚集在孔隙间形成无序薄膜,当单丝直径较大或织物较厚时,容易形成较为清晰的图案化薄膜；在织物背后添加导电的铝箔有益于使纳米纤维向织物上聚集,增加薄膜与织物的粘接度,由于聚合物织物为不导电体,单独使用织物作为接受装置时,纳米纤维较难吸附于织物上,难以喷成较厚的静电纺薄膜,且纳米纤维之间堆砌较为蓬松,薄膜内部结构松散,图案的清晰度有所下降。(5) PCL/PVDF复合补片的制备与性能本文创新性地研发了一种新型的三明治结构的PCL/PVDF复合补片,并对该复合补片的力学性能和生物性能进行了实验研究,以探究该复合补片的实用性。在结构方面,PCL/PVDF复合补片的结构为“三明治”式,上下两层为光滑的PCL静电纺薄膜,可以在疝修补术中发挥其优良的生物性能,中间层为PVDF大孔径经编结构的骨架,可以起到支撑作用,提高补片力学性能。在力学性能方面,PCL/PVDF复合补片的力学性能够满足人体腹壁的大部分需求,与单一PCL静电纺薄膜相比,PCL/PVDF复合补片的撕破强力、顶破强力、缝合线抗拉强力均有了明显的提高,其中顶破强力和缝合线抗拉强力分别达到人体所需的32N/cm和20N,PCL/PVDF复合补片的顶破强力为34.86N/cm,而PCL静电纺薄膜的顶破强力为27.77N/cm,PCL/PVDF复合补片纵向的缝合线抗拉强力为23.52N,横向为30.74N,而PCL静电纺薄膜的缝合线抗拉强力仅为9.4N；PCL/PVDF复合补片的弹性在人体所需范围10%-30%之内,为24.56%,而PCL静电纺薄膜的弹性为50.56%,远远超过理想范围。在生物性能方面,体外细胞毒性实验结果显示PCL/PVDF复合补片的毒性属于轻微的细胞毒性,可以满足临床需要,符合生物材料对细胞毒性的要求,不会因补片产生较严重的不良反应,可以有进一步的生物性能研究。