经编结构盆底补片的设计与性能研究

发布时间：2018-03-23 20:53

本文选题：盆底修复　切入点：经编结构　出处：《东华大学》2017年博士论文

【摘要】：随着女性年龄增长及生育带来的伤害,盆底部位肌肉易受损并引发盆腔器官脱垂(Pelvic organ prolapse,POP)和压力性尿失禁(Stress urinary inconvenience,SUI)等疾病,严重危害女性健康。采用补片对受损的盆底肌肉进行加固支撑至自我修复是治疗疾病的常见方法。柔软轻薄的盆底补片有利于减轻患者异物感,降低并发症发生率,但是所带来的较低力学强度和结构不稳定性可能导致补片对脱垂器官的承托力不足,引起术后疾病复发,因此需对盆底补片建立综合性的评价体系,以实现补片稳定的结构、较好的力学性能以及优异的生物相容性。聚丙烯(Polypropylene,PP)是目前用于疝补片和盆底补片的主要材料,由少量材料组成的轻量型PP补片使用效果较好。为获得轻量型补片大孔径的结构特点,采用三梳经编工艺设计并制备三种不同结构的PP补片,通过热定型工艺改变补片的结构参数,制备出10种样品。通过探讨孔隙率、经编结构、原料对补片结构参数和力学性能的影响,同时实现补片轻量化和力学性能的稳定。选用4种较优PP轻量型补片和1种PLA补片进行生物相容性评价:经CCK8法测试补片材料的细胞毒性,经测试溶血性能和凝血性能评价补片的血液安全性,经两代一窝繁殖方法评价补片的生殖发育毒性,经动物皮下埋植实验评价补片的植入性能。选用生物相容性较好的轻量型PP补片和商业化补片,进行132例盆底重建手术,通过对患者术后6个月的随访调查评价补片的临床性能。虽然轻量型补片是目前用于盆底重建手术最为普遍的产品,但其轻薄性增加了手术难度,大孔结构易造成重度粘连,因此还需研发新型补片以完善盆底补片的性能。为增加手术过程中补片的硬挺度,设计并制备了变化经缎结构的交织补片;为获得适中粘连程度,采用静电纺和浸渍两种方法制备了覆膜类补片。通过研究复合型补片的结构参数、力学性能、降解性能等,分析不同复合方式对补片结构和性能的影响。通过对复合型盆底补片的细胞毒性、血液安全性、经动物腹部埋置实验的植入性能进行研究,综合评价复合型补片的生物相容性。基于期望盆底补片具有较好组织修复能力和适中炎症反应,对轻量型盆底补片提出面密度50 g/m~2,孔径75μm,孔隙率60%的设计要求。以3种商业化补片Surgimesh~?Prolapse、Surgimesh~?Sling、Gynemesh~?PS为模型,采用三梳经编结构设计出编链衬纬菱形网孔结构A、编链衬纬矩形网孔结构B、变化经平加编链衬纬六边形网孔结构C三种轻量型PP补片。以直径0.1 mm的PP单丝为原料,通过整经——编织——热定型工艺制备出9种轻量型PP补片样品,以直径0.12 mm的PLA单丝为原料制备出1种PLA补片。通过热定型工艺设计不同的线圈密度,改变了补片的孔径、孔隙率和面密度。对制备出的补片进行力学性能和结构参数方面的研究,分别探究了孔隙率、经编结构、组成原料对补片性能的影响。研究结果证明:随着孔隙率增加,补片孔径增加,面密度和厚度减小,补片更加轻薄;随着孔隙率增加,补片断裂强力、顶破强力、抗弯刚度均减小,缝线拉脱力基本不变;以兼顾轻薄性、高强力和柔软性为原则,选择68.53%和64.46%分别为较适合于PP-A补片和PP-C补片的孔隙率。编链加衬纬的经编结构提高了补片孔隙率,补片纵横向性能差异明显:纵向断裂强力大,抗弯刚度大,缝线拉脱力较小;变化经平加编链衬纬的经编结构使补片面密度和厚度较小,补片纵横向性能差异较小;在补片原料相同、线圈密度和厚度相近的前提下,经编结构对补片顶破强力基本无影响。由于PLA-A-1补片所用原料为0.12 mm直径的PLA单丝,补片结构最为厚重(92 g/m~2);由于PLA单丝断裂强度(30.55 c N/tex)较PP单丝(57 c N/tex和58.31 c N/tex)小,PLA-A-1补片的断裂强力、顶破强力、缝线拉脱力相应的较轻量型盆底补片(SP Model与PP-A-2)小,但抗弯刚度更大。经过补片结构参数和力学性能的研究,发现PP-A-4、PP-B-1、PP-C-4不仅满足轻量化、大孔径的结构要求,和结构相同的其他样品相比更为轻薄,因此进一步对上述补片的生物相容性进行研究;并且为从原料方面评价补片的性能,另选两种结构相同的补片PLA-A-1和SP-Model作为研究对象。首先对补片进行了细胞毒性、血液相容性和发育毒性的测试,实验结果证明:各组补片细胞相对增殖率82%,按照CTS评定为I级,所用材料无毒性。溶血率1%,满足溶血性能≤5%的要求;补片植入前后凝血时间差值小于2 s。植入补片后的大鼠能够顺利产仔,两代小鼠的数量和重量无区别。上述结果证实轻量型盆底补片的材料安全性,不会对细胞增殖、血液、生殖发育情况造成危害。随后评价了补片的植入性能,采用150片补片对90例动物进行背部埋植实验,观察并测试补片植入体内1个月、3个月、6个月后的各项性能。实验结果为:植入补片后91.11%(82/90)的动物能够较好的恢复手术伤口,PLA-A-1组中出现4例脓肿现象并伴随感染,组内动物前3个月体重增长较为缓慢,但随之恢复正常。PP-C-4补片的变化经平加编链衬纬结构导致折叠率较高(46.67%)。补片-组织的厚度、断裂强力、表面形貌、病理学情况证明补片周围组织在6个月内正常生长,且各组补片之间无明显差别。PP-C-4、PLA-A-1的收缩率最低(3%),PP-A-4、SP Model主要沿伸长性能较好的横向变形,产生较大收缩率(30%左右)。补片-组织的粘连性能以紧密且较优的中度粘连为主,但PLA-A-1和组织形成重度粘连,手术分离时造成周围肌肉层的损伤。最后,通过选用生物相容性较好的PP-A-4补片和商业化Avaulta~?对132位患者进行盆底重建手术以评价补片的临床性能。所得实验结果为:试验组(PP-A-4)治愈有效率98.39%,对照组(Avaulta~?)治愈有效率100%。术后随访POP-Q分度无显著差异。术后PFIQ-7总分均值显著低于术前水平,患者的生活质量得到明显改善。为了使盆底补片性能趋于完善,弥补轻量型补片由于柔软和大网孔特点带来的手术难度高、易重度粘连的问题,设计并制备出交织类补片和覆膜类补片两大系列复合型补片,制得5种样品。交织类补片设计为对称变化经缎结构和六边形网孔形状,采用双梳经编工艺,以0.1 mm PP单丝与0.12 mm PLA单丝为原料,在RS4EL复合针经编机上制得(Inter-PP/PLA)。覆膜类补片设计为光滑膜与大孔PP补片结合的双层结构,分别采用静电纺工艺和浸渍工艺制得。在选用静电纺丝法制备覆膜类补片的过程中,通过对主要电纺参数的探讨,得到较优的制备工艺为:PLA/PCL配比为7/3,溶剂DCM:DMF为80:20,溶液浓度为8%,电压为14 KV,收集距离为15 cm,溶液流速0.6 ml/h;以粘贴有PP补片的铝箔为接收装置,8%浓度的氟橡胶-丙酮溶液为粘合剂,以此制备出了静电纺覆膜类补片Coa-Ele-PP(A)与Coa-Ele-PP(C)。采用浸渍涂层法的制备工艺为:将作为骨架的PP补片浸泡在PLA/PCL的溶液(和静电纺工艺中所用溶液相同)中一段时间后取出,并在常温状态下晾干,以此制备出了浸渍覆膜类补片Coa-Dip-PP(A)与Coa-Dip-PP(C)。为验证所制得复合型补片的可行性,建立不同复合方式和补片性能的关系,进一步研究了复合型补片的力学性能、降解性能等。所得实验结果为:交织类补片Inter-PP/PLA比同类商业化补片具有更小的降解后面密度(19.9 g/m~2)及更高的孔隙率(84.1%)。Inter-PP/PLA的断裂强力、顶破强力和轻量型PP补片SP Model相近,缝线拉脱力较小,抗弯刚度更大,实现了借助补片硬挺性增加手术操作便利性的设计目的。Inter-PP/PLA在PBS中性缓冲液中经过74周完全降解,质量损失达到62.4±0.3%,补片强力损失在64周后达到最大,纵向强力损失率为63.2±0.8%,横向强力损失率为69.2±0.9%。两种覆膜类补片均具有低厚度的优势(0.5 mm),但浸渍法覆膜补片的面密度较大(79.96±8.07g/m~2,65.34±4.12 g/m~2)。覆膜类补片的力学性能主要取决于用作骨架的PP补片,浸渍法补片在拉伸过程中出现膜碎裂现象,柔韧性变差,不符合盆底补片的要求。静电纺覆膜补片的表面PLA/PCL膜在20周内完全降解,浸渍法覆膜补片在32周基本降解。通过对复合型补片力学性能、降解性能的研究,认为交织类补片硬挺的特点以及覆膜类补片光滑表面的结构,能够弥补轻量型补片所带来的问题,使得盆腔部位得到更好的修复,因此进一步研究三种复合型补片的生物相容性。首先通过测试Inter-PP/PLA、Coa-Ele-PP(A)、Coa-Dip-PP(C)的细胞毒性、血液相容性,评价复合型补片的材料安全性。所得实验结果为:复合型补片的细胞相对增殖率89%,CTS评定为I级,所用材料无毒性。补片溶血率2%,符合标准对溶血性能≤5%的要求;凝血性能各项指标和阴性对照组差值小于2 s。因此复合型补片具有优异的安全性,不会对细胞、血液造成不良影响。随后对补片的植入性能进行研究,采用48片补片对24例动物进行腹部埋植实验,观察并测试补片植入体内2周、4周后的各项性能。所得实验结果为:补片植入动物体4周内,Inter-PP/PLA和Coa-Ele-PP(A)表面观察到组织持续生长,但Coa-Dip-PP(C)在0~2周内无组织粘附和生长。新生的组织使补片-组织复合物的厚度增加,断裂强度增加。Coa-Dip-PP(C)的面积最为稳定,收缩率3%,Inter-PP/PLA和Coa-Ele-PP(A)收缩率约为10%。补片与周围组织的粘连情况为:Inter-PP/PLA(重度粘连)Coa-Ele-PP(A)(中度粘连)Coa-Dip-PP(C)(轻度粘连),认为Coa-Ele-PP(A)和组织紧密粘连但又易于分离的特点更为适合用于修复盆底。综上所述,本文对轻量型盆底补片和复合型盆底补片的设计、制备以及性能测试进行了系统化研究,以同时满足补片轻量化、力学性能稳定、生物性能优异为目标进行了有益的尝试,为采用经编结构的盆底补片提供了研究基础。
[Abstract]:A comprehensive evaluation system was developed to evaluate the effects of patch on the structure and mechanical properties of the patch by means of a three - comb warp knitting technique . In this paper , the effects of porosity , warp knitting structure and composition raw materials on the properties of patch are studied . The results showed that PP - A - 4 , PP - B - 1 , PP - C - 4 had no obvious difference compared with other samples . The experimental results are as follows : The ratio of PLA / PCL is 7 / 3 , solvent DCM : DMF is 80 : 20 , the solution concentration is 8 % , the voltage is 14 KV , the collecting distance is 15 cm , the solution flow rate is 0.6 ml / h . The longitudinal strength loss rate was 63.2 卤 0.8 % , and the transverse strength loss rate was 69.2 卤 0.9 % . Both endografts had the advantage of low thickness ( 0.5 mm ) , but the surface density of the coated patch was larger ( 79.96 卤 8.07g / m ~ 2 , 65.34 卤 4.12 g / m ~ 2 ) . The study on the mechanical properties and degradation of the patch - coated patch made it possible to compensate for the problems caused by the patch - coated patch . The results showed that the thickness of the patch - tissue complex increased and the fracture strength increased . The results showed that the adhesion between the patch and the surrounding tissue was less than 2 s .

【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TS186.1

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