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具有优选纤维方向的小直径血管移植物的制备及

公司新闻    2021-09-22 16:14

常规的电纺小直径血管移植物具有随机的纤维取向。为了获得类似于天然血管的力学特性,可控的纤维取向是非常重要的。在这项研究中,通过辅助的可变静电场直接控制静电纺丝射流,使纤维在可调节的方向上进行沉积。在由热塑性聚氨酯(PUR)和聚乳酸(PLLA)制成的直径为2mm的心轴上电纺丝制备具有周向、轴向、有孔和随机取向纤维的假体。在准静态和动态环向拉伸试验中,研究了材料和不同纤维取向对生物力学的影响,并与天然大鼠主动脉进行了比较。测试方案包括在生理血压范围内的3000个动态负载循环和准静态拉伸试验。纤维在特定方向上的任何取向都会导致两种材料的支架孔隙率显著降低。标准随机取向PUR移植物的顺应性最高,为29.7±5.5[%/100mmHg],最接近大鼠主动脉的顺应性(37.2±6.5[%/100mmHg])。与在圆周方向上随机纺制的移植物相比,其最大拉伸力至少增加了6倍。在3000次加载循环中,天然大鼠主动脉的蠕变低于1%,而电纺丝移植物的蠕变高达2.4±1.2%。虽然优选的纤维取向在扫描电子显微照片中仅部分可见,但是机械效应是很明显的。研究表明人造血管具有多层壁结构,因为任何一种优选的纤维方向和所用材料均不能模仿大鼠主动脉的典型j形力学特性。

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图1:静电纺丝配置:a)聚焦模式:两个辅助电极均以恒定的高压(U1)充电,并且极性与已充电的聚合物溶液(U0)相同;b)偏转模式:在两个辅助电极之间以40Hz的频率切换两个电势U1和U2;c)带有倾斜辅助电极的偏转模式:通过倾斜辅助电极来调节纤维沉积角;d)随机模式:导致无序纤维沉积的常规静电纺丝。

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图2:由不同静电纺丝设备产生的纤维沉积。比例尺=10µm。

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图3:天然大鼠主动脉的最终拉伸试验中的典型样品与以不同纤维取向纺制的移植物的比较:a)聚氨酯和b)聚乳酸。大鼠主动脉显示出典型的“j”形特征,而合成材料的受力增加更快。只有随机纺制的PUR移植物对扩张几乎没有抵抗力。通过偏转静电纺丝法制备的具有两种取向、轴向、有孔纤维的人造血管显示出相似的力-伸长曲线。此外,与在圆周方向上随机纺制的移植物相比,在失效之前,两种排列方式仅达到了较低的最大相应直径。

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图4:初始顺应性(在第一个负载循环中测定,从未负载状态开始),动态顺应性(在0.04和0.08N之间的3000次预负载循环后测定,从第3部分的预负载状态开始测定)以及最终的准静态拉伸试验(3000次预负载循环后,从第4部分的未负载状态开始)。

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图5:在生理血压范围内经3000次负载循环后,受试假体和大鼠主动脉直径的蠕变。