编织结构生物可降解神经再生导管的制造及性能研究

论文摘要

周围神经缺损后的再生和功能恢复一直是神经科学领域的热门问题。由于周围神经结构和功能上的特殊性，其再生能力较差，大多数神经缺损无法采用直接端端吻合方法修复。自体神经移植是目前用于修复周围神经缺损的最常用、最有效的方法。然而，自体神经移植必然伴随着供区的功能受损，且可供移植的神经来源有限。异体神经移植虽然来源充足、各种类型的神经段都可以得到，但存在着较强的免疫排斥反应。因此，人们一直在探寻一种更为理想的方法来取代自体神经移植。近年来，由医学、生物学、材料学和工程学等综合而成的组织工程学发展迅速，人们研究的重点已着眼于使用神经导管代替自体神经移植来促进神经再生，以达到神经快速生长、功能完全恢复的理想目标。通过对生物材料的筛选和评价，本文采用生物可降解材料聚乙丙交酯(PGLA)长丝在二维锭子式编织机上织造出管状编织物，再经壳聚糖浸泡涂层和热定型处理研制出具有一定机械强度和弹性的编织结构复合材料神经再生导管。该生物可降解神经再生导管具有良好的生物相容性和安全性。在进行实际编织神经导管之前，首先对管状编织物的上机编织工艺进行实验研究和理论分析。为了获得形状稳定、表面均匀的导管，本文采用带芯编织方法。在现有型号编织机的实验条件下，通过改变携纱器的安装方法和从角齿轮螺栓中心的通孔引入轴纱，神经导管的编织选用菱形结构、规则结构和三向结构等三种组织结构。除了组织结构，编织角也是影响神经导管性能的一个重要结构参数。在带芯编织的条件下，最终制得的神经导管的编织角近似地等于编织过程中的编织工艺角。在编织过程中，编织工艺角是通过改变编织机上变化齿轮的齿数使牵引轮的牵拉速度与携纱器的转动速度相匹配来进行控制的。然而，编织工艺角的最大值和最小值分别是由携纱器有效的纱线储藏量、编织机的尺寸决定的。采用侧向压缩方式，在专门制造的径向压缩仪上对编织结构神经导管进行径向压缩试验，以考察编织结构神经导管的径向压缩特性，分析组织结构、编织角等结构参数对编织结构神经导管的径向压缩性能以及因压缩引起的神经导管使用性能(横截面积)变化的影响。采用改进的夹持装置夹持试样对编织结构神经导管进行轴向拉伸试验，以考察编织结构神经导管的轴向拉伸特性，分析组织结构和编织角等结构参数对编织结构神经导管的轴向拉伸性能以及在初始很小拉伸力作用下神经导管使用性能(长度、横截面积和纱线覆盖率)变化的影响。通过试验与分析，作者发现改进组织结构和优化结构参数可以提高编织结构神经导管的径向抗压能力和轴向抗拉能力，以更好地满足桥接周围神经缺损的性能要求。对编织结构神经导管进行体外模拟降解试验，以探讨编织结构神经导管的径向压缩性能、质量损耗以及形貌在降解过程中的变化规律，分析原料组分配比、组织结构和涂层处理等制造工艺参数对神经导管性能在降解过程中变化的影响。采用壳聚糖涂层并预置入引导纤维的三向结构神经导管分别桥接大鼠坐骨神经缺损和犬胫神经缺损的动物实验表明，该神经导管具有良好的生物相容性和安全性，可以有效地桥接周围神经缺损。本课题的研究工作对优化编织结构神经导管的选材、制造工艺，探讨结构参数与神经导管性能之间的关系以及神经导管性能在体外降解过程中的变化规律等方面进行了有益的尝试，为进一步改进和优化编织结构神经导管的结构与性能提供了一定的依据。同时，也将会促进和推动生物医用纺织品的进一步发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 周围神经再生导管的研究进展
• 1.1.1 神经导管的性能要求
• 1.1.2 用作神经导管支架材料的分类
• 1.1.3 神经导管的制作成型方法
• 1.1.4 神经导管的研究现状
• 1.2 目前研究工作中存在的问题
• 1.3 本论文的研究目的、内容与方法
• 参考文献
• 第2章 编织结构神经导管组分材料的选择与性能研究
• 2.1 神经导管材料选取的基本要求
• 2.2 编织结构神经导管组分材料的选择
• 2.2.1 编织结构神经导管支架材料的选择
• 2.2.2 编织结构神经导管涂层材料的选择
• 2.3 编织结构神经导管组分材料的性能测试与分析
• 2.3.1 拉伸力学性能的测试
• 2.3.2 生物相容性的实验研究
• 参考文献
• 第3章 编织结构神经导管的制备
• 3.1 神经导管的编织
• 3.1.1 管状编织物的结构与分析
• 3.1.2 二维编织机的结构与工作原理
• 3.1.3 PGLA长丝编织前处理
• 3.1.4 上机编织工艺分析
• 3.2 神经导管的后整理
• 3.2.1 壳聚糖浆液的配制
• 3.2.2 浸泡涂层和热定型工艺
• 参考文献
• 第4章 编织结构神经导管径向压缩性能的试验与分析
• 4.1 径向压缩试验
• 4.1.1 径向压缩仪
• 4.1.2 试验方法与试验条件
• 4.2 压缩试验结果与分析
• 4.2.1 径向压缩力-应变曲线
• 4.2.2 组织结构和编织角对神经导管径向压缩性能的影响
• 4.2.3 反复多次压缩后神经导管抗压能力的变化
• 4.3 径向压缩性能的变化对神经导管使用性能的影响
• 4.3.1 径向压缩引起的神经导管横截面积变化的分析
• 4.3.2 组织结构对神经导管横截面积变化的影响
• 4.3.3 编织角对神经导管横截面积变化的影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第5章 编织结构神经导管轴向拉伸性能的试验与分析
• 5.1 试验方法与试验条件
• 5.1.1 试验方法
• 5.1.2 试验条件
• 5.2 拉伸试验结果与分析
• 5.2.1 轴向拉伸应力-应变曲线
• 5.2.2 编织角对神经导管轴向拉伸性能的影响
• 5.3 轴向拉伸性能的变化对神经导管使用性能的影响
• 5.3.1 轴向拉伸性能的变化对神经导管长度变化的影响
• 5.3.2 轴向拉伸性能的变化对神经导管横截面积变化的影响
• 5.3.3 轴向拉伸性能的变化对神经导管纱线覆盖率变化的影响
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第6章 编织结构神经导管体外降解性能研究
• 6.1 材料与方法
• 6.1.1 试样准备
• 6.1.2 试验环境
• 6.1.3 试验过程
• 6.1.4 测试方法
• 6.2 试验结果与分析
• 6.2.1 径向压缩性能的变化
• 6.2.2 质量损耗
• 6.2.3 形态学观察
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 第7章 编织结构神经导管的动物实验
• 7.1 修复大鼠坐骨神经缺损的实验研究
• 7.1.1 实验分组
• 7.1.2 评价指标
• 7.1.3 实验结果与分析
• 7.1.4 结论
• 7.2 修复犬胫神经缺损的实验研究
• 7.2.1 实验分组
• 7.2.2 评价指标
• 7.2.3 实验结果与分析
• 7.2.4 结论
• 第8章 结束语
• 附录1 计算纱线长度和覆盖率的Matlab程序
• 附录2 体外降解过程中神经导管径向压缩试验数据
• 附录3 修复大鼠坐骨神经缺损的动物实验
• 附录4 修复犬胫神经缺损的动物实验
• 攻读博士学位期间发表的论文
• 致谢