使用PTT纤维改善机织血管径向顺应性的研究

摘要

在过去的30年里，人造血管的设计和制造一直都是人造血管这一领域的一大挑战。对于提高直径小于6 mm的人造血管长期通畅性的研究还没有取得成功。这种人造血管不成功的一个主要原因就是缺乏顺应性，特别是径向顺应性。径向顺应性是指人造血管或血管管道在承受周期性负荷下管道内径的变化情况。人造血管与天然血管的顺应性存在明显的差异，所有人造血管的顺应性都比天然血管的低，其中机织涤纶(PET)血管的顺应性最差，并且在生理血压范围内完全不具备人体血管所特有的、顺应性随着压力变化的特征，即低压力下易变形而在高压力下变形较小的特征，直径-压力曲线斜率有由低到高明显的转折。顺应性的不匹配在移植并发症中扮演着重要的角色，尤其在吻合处。顺应性不匹配将会使内腔出现血栓的概率加大，使新内腔变厚，在血管末端形成动脉硬化，是造成血管移植失败的重要原因。关于人造血管顺应性的研究，尤其是改善机织PET血管顺应性的研究在我国几乎是空白。
　　 为了提高机织血管的顺应性，本课题从纤维材料选择、织物组织和结构设计改进等方面开展研究探索工作。
　　 采用与目前使用最为普遍的PET同族的聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)作为织制机织血管的纤维材料，利用PTT长丝较低的拉伸模量和良好的弹性回复能力来提高机织血管顺应性。纱线力学性能测试表明，PT工具有优异的机械性能，适应于机织血管性能的需求。对所织制的PTT机织血管的顺应性测试表明，与临床大量使用的PET机织血管相比，顺应性有了显著的提高。
　　 在此基础上，通过不同组织和结构参数的试样分析了织物结构参数对于顺应性的影响。根据实验数据，利用最小二乘法建立了拉伸模量、顺应性与织物结构参数的关系模型。分析表明，纱线细度、纱线初始模量、织物组织浮长和经纬密都会影响管壁织物的拉伸性能，而影响机织血管顺应性和拉伸模量的最大因素是纱线性能。
　　 以人体动脉的结构和机械性能为依据，设计并制造了双层管壁结构的机织血管。内层管壁采用模量较低和弹性回复性较好的PTT长丝作为纬纱，外层管壁采用模量较高的PET长丝作为纬纱，以此来模拟动脉在生理血压范围内对脉动压力的响应特征。所织制的双层机织试样的纬向，外层织物长于内层，存在明显的长度差异，即：在内外层织物沿纬向的两个接结点之间，外层织物呈屈曲状并通过接结点固结在内层织物的表面。在压力低于120 mmHg时，这种结构使得双层管壁机织血管的顺应性较低；而在较高压力下，双层管壁机织血管的顺应性提高，实现了人造血管的顺应性随着脉动压力的不同而变化的特征，即在生理血压范围内其顺应性表现出类似动脉的特征。
　　 鉴于本论文推荐使用PTT材料取代传统的PET材料以改善机织血管的顺应性，因此对于PTT材料作为生物材料所必须具备的生物稳定性和相容性进行了讨论。生物稳定性实验是在NaOH溶液和人工生物环境下(PBS溶液和木瓜蛋白酶溶液中)进行的。实验表明，在NaOH溶液中的加速降解实验表明PTT的失重率明显低于PET。SEM图片表明在降解过程中，在纤维表面出现凹坑，且随着降解的继续，凹坑的深度和出现几率均和降解时间呈正相关。PTT试样表面出现较小和较少的坑洞。PTT直径的降低率比PET少，甚至与降解前相比是增加的。经过9周在PBS和酶溶液的降解后，试样性能变化较小。拉伸试验证明了试样在各条件下降解后拉伸模量降低，这与试样在降解后结晶度降低和丙二醇基团的邻位交叉构象增多有关。因此PTT在NaOH溶液中较稳定，而在人工生物环境下比PET的稳定性差。溶液温度的升高将加剧长丝试样的降解，表现出较高的失重率、表面坑洞的尺寸和数量的增加等。相同因素对于PTT和PET的各个性能的影响是相同的。细胞相容性是通过MTT法测试得出，2天的细胞相容性实验表明细胞可以在PTT织物上生长，且PET和PTT的MTT测试结果没有明显区别。
　　 在此基础上，还通过体外加速疲劳实验观察了PTT长丝作为纬纱织制的机织血管的疲劳现象。加速疲劳测试表明，机织血管管壁织物的密度、纤维直径、孔隙率等各项指标的变化表明了其疲劳性能的存在。从SEM图中明显看出纱线的损伤和破坏。随着疲劳次数的增加，疲劳结果更加显著。另外，加速疲劳实验表明，作为机织血管，PTT比PET有更优秀的耐疲劳性能。