珍珠粉改性聚丙烯单丝的制备及生物性能

宋唯立，李 光，徐雅轩，朱玥瑆，张坤敏，金俊弘，杨胜林，江建明

（东华大学纤维改性国家重点实验室，上海 201620）

研究论文

珍珠粉改性聚丙烯单丝的制备及生物性能

宋唯立，李 光*，徐雅轩，朱玥瑆，张坤敏，金俊弘，杨胜林，江建明

（东华大学纤维改性国家重点实验室，上海 201620）

为提高盆底修复补片用聚丙烯单丝的生物相容性，制备了聚丙烯／珍珠粉共混单丝。对纺丝工艺、珍珠粉在聚丙烯单丝表面的分散情况、改性单丝的力学性能及生物相容性进行了研究。结果显示，聚丙烯／珍珠粉共混单丝可纺性良好，珍珠粉的加入没有影响单丝的力学性能；SEM观察显示，珍珠粉在单丝表面大量分布；与不含珍珠粉聚丙烯单丝相比较，珍珠粉改性的聚丙烯单丝有更好的细胞增殖性能，说明珍珠粉填充的聚丙烯单丝作为补片原料植入人体时可望有更好的生物相容性。

珍珠粉 聚丙烯单丝 力学性能 生物相容性

50岁以上妇女超过50%饱受盆腔功能障碍的困扰［1］，严重影响中老年妇女的生活质量。治疗该疾病的主要方式为植入补片替代已受损失效的盆腔筋膜组织，补片不仅可以支撑膨出的器官，也可以作为供人体自身组织修复生长的支架［2-3］。这里提到补片由单丝经编而成［4］，所以制备符合要求的单丝是生产补片的基础和关键所在［5］，其原料大多为聚丙烯［6］。尽管补片在治疗女性盆底功能障碍方面成绩突出，但仍有一定比例的发炎、感染甚至严重的并发症存在［7］。因此，提高原料单丝的生物相容性成为减少炎症反应的重要举措。根据盆底组织修复特点，理想的盆底重建材料应具有以下特性［8］：a）异物反应；b）弹性好可弯曲；c）缝合容易；d）组织相容性好；e）胶原纤维可长入；f）能使组织永久修复；g）张力较好；h）抗感染性强；i）并发症少。珍珠粉是一种生物活性物，无毒、无刺激，已有研究报道了珍珠粉在骨细胞生长方面的促进作用［9］。

笔者以医用级聚丙烯树脂为原料，通过捏合混入纳米级珍珠粉，制备含有珍珠粉的PP树脂，并将其纺制成为单丝，考查了纺丝工艺性能、单丝力学性能、珍珠粉在PP中的分散，并采用MTT法对改性单丝进行了细胞毒性评估。

1 实 验

1.1 珍珠粉改性聚丙烯单丝制备

1.1.1 聚丙烯切片和珍珠粉混合

在纺丝前，用捏合机对医用聚丙烯切片（MI＝11.5 g／10 min，上海金山石化）和纳米珍珠粉（直径400 nm）进行混合，捏合温度为90℃，捏合速度为60 r／min，捏合时间为60 m in，分别制得含珍珠粉含量为1%，1.5%，2%的混合切片。

1.1.2 单丝纺丝

珍珠粉改性聚丙烯单丝生产工艺流程：改性聚丙烯单丝的成型采用熔融纺丝机（日本FUJI FILTER）生产，然后在拉伸状态下进行热处理而成，工艺流程如下：共混切片→熔融纺丝机挤出喷丝→冷水浴冷却→热水浴牵伸→空气热定型→卷绕。

1.2 单丝力学性能测试

使用纤维强力仪，设定夹距为250 mm，预设张力为10.0 cN，拉伸速度为700 mm／m in，然后每种单丝测量30次，取平均值。

1.3 声速法单丝测定纤维的声速值

单丝的声速值采用声速取向测定仪（SCY-Ⅲ型），分别测定单丝长度为20 cm和40 cm时的声波传播时间T20和T40，以倍长法求取延迟时间t＝2T20-T40，声速值C按下列公式计算：

其中L为试样测试长度，TL为纤维长度为L时的声波传播时间（μs）。

1.4 单丝纤维表面SEM观测

珍珠粉改性聚丙烯单丝的表面形貌采用扫描电镜（Phenom G2 Pro型复纳科学仪器上海有限公司）进行观测。样品经过洗涤、烘干喷金后进行观察研究。

1.5 单丝细胞增殖及毒性测试

材料处理：分别称取不同规格的珍珠粉改性聚丙烯单丝5 g（纯PP单丝也是5 g），依次经纯酒精、蒸馏水洗涤后，在75%的酒精水溶液中消毒10 m in，最后放入超净工作台内（SW-CF-2FD型上海博迅实业有限公司）紫外照射30 min。

培养基配制：将高糖型培养基（DMEM）、无支原体胎牛血清（杭州天杭生物科技有限公司）、双抗（青霉素与链霉素）以89∶10∶1的比例配制成细胞培养基。

材料浸提液制备：将洗净、消毒、灭菌后的单丝放入25 m L培养基中，培养箱（Heraeus BB15型，热电上海仪器有限公司）中放置3天。

小鼠成纤维细胞L-929和猪内皮细胞PIEC种植：小鼠成纤维细胞L-929或猪内皮细胞PIEC经胰酶消化后，细胞稀释至1×105个／m L，在24孔板中每孔加入200μL细胞悬浮液。最后将上述浸提液依次加入孔板中，每孔1 m L，一共种植3块孔板。

MTT（3-（4，5-二甲基噻唑-2）-2，5-二苯基四氮唑溴盐）测试［10］：以细胞种植时间1，4，7天为时间节点，将孔板中培养基洗净，用磷酸盐缓冲溶液（PBS）洗涤3次，每孔加入360μL纯培养基和40 μL MTT，在培养箱中密封保存4 h。紧接着将培养基和MTT的混合物吸净后，加入400μL二甲基亚砜（DMSO），在摇床中避光保存30 m in。最后吸取100μL紫色溶液放入96孔板中，用酶标仪（MULTSIKAN MK3美国Thermo公司）测试吸光度值（OD）。测试波长为492 nm和570 nm。

2 结果与讨论

2.1 含珍珠粉的PP单丝纺制

在实验室小型纺丝机器上先纺制不含珍珠粉的PP单丝，在工艺稳定后投入含珍珠粉的PP树脂，纺丝实验发现，含质量1%～2%珍珠粉的PP树脂完全可以在与PP树脂相同的工艺条件下纺丝成型，纺丝的主要工艺参数如下：喷丝板孔径是3 mm，长径比为4；螺杆温度为250～260℃，组件温度265℃喷丝板温度265℃；冷却水浴温度是25℃，拉伸水浴温度是90℃，热定型温度为130℃，拉伸倍率3.2倍。说明含质量1%～2%珍珠粉的PP树脂具有良好的纺丝加工性能。

2.2 单丝力学性能测试

不同含量珍珠粉改性聚丙烯单丝力学性能变化如表1所示。珍珠粉含量从0%提高至2%，聚丙烯单丝的强度没有发生明显的变化，强度值都在3.8 cN／dtex左右。而聚丙烯单丝的断裂伸长率随珍珠粉含量增加而有一定程度的下降，断裂伸长率从16.1%下降至13.8%，这是由于珍珠粉的加入增加了单丝的应力集中点，从而导致断裂伸长率随着珍珠粉含量增加而下降。单丝的拉伸模量随着珍珠粉的含量增加而增加，符合实验预期。总之，珍珠粉加入量在小于2%时，共混聚丙烯单丝的力学性能良好，符合补片编织的要求。

表1 含珍珠粉PP单丝力学性能

2.3 声速法单丝测定纤维的声速值

表2中的数据表明，随着珍珠粉含量的增加，聚丙烯单丝的声速值减小。声速法通过对声波在材料中的传播速度来测定单丝中大分子的取向程度。珍珠粉为固体颗粒，在聚丙烯中形成不相容的分散相，影响了声波的传输速度；另一方面，珍珠粉的存在可能会增加声波在分子间的传播速度，因为珍珠粉可能在大分子链间起到声波传导的桥梁。两方面综合影响导致随着珍珠粉含量的增加，聚丙烯单丝的声速值下降。这从另一方面也说明珍珠粉在聚丙烯基体中的分散是比较均匀的。

表2 单丝的声速值

2.4 珍珠粉改性聚丙烯单丝纤维表面形态

不含珍珠粉的聚丙烯单丝表面基本洁净，如图1（a）所示，含有珍珠粉的聚丙烯单丝表面有白色粉末状物存在，随着珍珠粉含量的增加，这些白色粉末状物增多，它们就是珍珠粉。珍珠粉分布在聚丙烯单丝表面，能有效地发挥其生物活性特性，更有利于改善聚丙烯单丝的生物活性。

2.5 改性聚丙烯单丝细胞毒性测试

笔者实验采用体外细胞培养法，利用L929细胞（小鼠成纤维细胞）和PIEC细胞（猪内皮细胞）通过MTT法来评价珍珠粉改性聚丙烯单丝对细胞的影响。MTT是一种溴盐，活细胞内的琥珀酸脱氢酶能使MTT还原，产生难溶的紫色结晶物，并沉淀在细胞中，用二甲基亚砜（DMSO）溶解紫色结晶物，通过酶标仪测量一定波长下的吸光值（OD），即可表示紫色结晶物的浓度，它反映的就是活细胞的数量。测试结果如图2、3所示，其相对增值率见表2～5。

图1 聚丙烯单丝表面形态SEM谱图

图2 L929细胞毒性测试结果

图3 PIEC细胞毒性测试结果

表3 以492 nm波长测试的吸光度计算的相对增值率

表4 以570 nm波长测试的吸光度计算的相对增值率

表5 PIEC细胞相对增殖率（492 nm）

表6 PIEC细胞相对增殖率（570 nm）

从图2、3以及计算出的相对增殖率可以看到，MTT测试结果显示L929细胞和PIEC细胞的增殖随着时间的增加而增加。在各个时间监测点上，含珍珠粉的试样其细胞增殖数量均大于不含珍珠粉的试样。而且，细胞增殖数量与单丝中珍珠粉含量基本呈正相关关系。说明在聚丙烯单丝中加入一定含量的珍珠粉对聚丙烯进行改性，在一定程度上可以提高聚丙烯单丝的细胞活性，促进细胞的增殖，少量珍珠粉加入到聚丙烯单丝中确实有利于其生物相容性的改善。

3 结 论

a）通过机械捏合制备了含珍珠粉质量1%～2%的聚丙烯树脂，并在实验室小型设备上纺制了聚丙烯单丝，含珍珠粉的PP树脂表现出良好纺丝加工性能。所得单丝的力学性能没有明显变化，拉伸断裂强度为3.8 cN／dtex左右，断裂伸长率15%左右，满足作为医疗补片用单丝的性能要求；

b）珍珠粉含量不同的聚丙烯单丝表面都有白色颗粒状珍珠粉，随珍珠粉含量增加，珍珠粉分布密度增大，珍珠粉分布在聚丙烯单丝的表面有利于实际使用时生物相容性的改善；

c）MTT测试结果显示，含珍珠粉的聚丙烯单丝在相同的培养条件下细胞增殖更多，而且细胞增殖基本与珍珠粉含量呈现正相关性。说明珍珠粉加入PP树脂中确实能在一定程度上提高聚丙烯单丝的细胞活性，促进细胞的增殖，从而改善PP单丝植入人体的生物相容性。

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Preparation of pearl powder filled PP m onofilam ent and its biocom pability

Song Weili，Li Guang，Xu Yaxuan，Zhu Yuexing，Zhang Kunm in，Jin Junhong，Yang Shenglin，Jiang Jianm ing

（State Key Laboratory for Chem ical Fibers and Polymer Materials，Donghua University，Shanghai 201620，China）

To improve the biocompatibility of PPmonofilaments used for pelvic reconstruction mesh，PP／pearl powdermonofilaments were successfully prepared.The spinning processing，the spreading of pearl powder on the surface ofmonofilaments，the mechanical property and biocompatibility ofmonofilaments were investigated.The results showed the spinning of pearl powder filled PP performed well，and the addition of pearl powder did not influence the mechanical properties of the monofilament.The SEM results showed that there was a great deal of pearl powder on the surface of PPmonofilaments.The cytocompatibility the presence of pearl powder filled PPmonofilament showed a higher level compared to pristine PPmonofilament.The result suggested that pearl powder filled PP monofilament has potential use in pelvic reconstruction.

pearl powder；PP monofilament；mechanical property；biocompability

TB332

A

1006-334X（2014）01-0006-04

2013-12-23

宋唯立（1987—），男，浙江绍兴人，硕士研究生，研究方向为材料物理与化学。

*通讯联系人：李光，lig＠dhu.edu.cn