PP型经编盆底补片的制备及其性能研究
2021-02-14陈小菊陈艳春张佩华
陈小菊 陈艳春 张佩华
1. 常州市康蒂娜医疗科技有限公司，江苏 常州 213001；
2. 东华大学纺织学院，上海 201620
女性盆底功能障碍性疾病(Pelvic Floor Dysfunction， PFD)由女性盆底功能受损引发，其主要症状有尿失禁、器官脱垂、慢性疼痛等，会严重影响女性身心健康和生活质量[1-2]。目前，常规的手术治疗方式存在效果差及术后疼痛等问题，病患的痛苦不能彻底解决[3-4]。近年来，生物医用纺织技术的发展使得经编盆底补片逐渐成为了治疗PFD的一种良好方法，其具有效果好、安全性高及成本低等优势[5]。
聚丙烯(PP)是一种高分子聚合物材料，其强力高、弹性好、安全性强。当前，盆底补片的“骨架”结构材料大多以PP为主，但单一的PP产品柔韧性较差，生物相容性和生物可降解性存在不足[6]。因此，开发力学性能、生物相容性和生物可降解性良好的医用盆底补片，探索其在可降解条件下的性能变化，是当前急需解决的问题。
聚乳酸(PLA)生物可降解性及生物相容性良好，但性质较脆，较难起到术后支撑的作用[7]。本文将采用熔融纺丝技术先纺制出PP、PLA单丝，然后利用现代纺织成型技术编织出PP/PLA复合盆底补片，并与两种纯PP经编盆底补片进行综合比较，研究它们在PBS磷酸缓冲液体外模拟条件下的拉伸强力损失率及质量损失率，以期为研发高品质复合盆底补片提供参考。
1 试验
1.1 试验主要材料与设备
主要材料：PP、PLA高聚物切片，深圳光华伟业股份有限公司；无水乙醇，上海市凌峰化学试剂有限公司。
主要设备：双螺杆共混仪、Nikon ECLIPSE E200生物显微镜、FA2004N电子天平、YG141N数字式织物厚度仪、YG061F电子单纱强力仪。
1.2 单丝的制备
首先，利用无水乙醇对高聚物切片进行清洗和除杂；然后，将切片加入双螺杆共混仪中，调整温度及纺丝速度等参数，获得品质稳定的单丝；最后，将纺制的单丝卷绕到筒子上，备用。制备的PP及PLA单丝的基本性能如表1所示。
表1 制备的PP及PLA单丝的基本性能
1.3 PP型经编盆底补片的制备
采用机号E为20的拉舍尔经编机，结合经编组织的垫纱运动，编织3种不同类型的PP型经编盆底补片。
1.3.1 PP-1经编盆底补片
使用制得的PP单丝制备PP-1经编盆底补片，其垫纱数码及穿纱方式如下。
GB1：1-0/0-1//，满穿。
GB2：0-0/2-2/1-1/3-3/0-0/3-3/1-1/2-2/0-0/3-3//，1穿1空。
GB3：3-3/1-1/2-2/0-0/3-3/0-0/2-2/1-1/3-3/0-0//，1穿1空。
上机工艺参数：GB1、GB2、GB3的送经量分别为(1760±50)、(1150±50)及(900±50) mm/(480个线圈)，上机线圈密度为12.0横列/cm，机上门幅(85±5)cm，牵拉门幅为(79±5)cm。
1.3.2 PP-2经编盆底补片
使用制得的PP单丝制备PP-2经编盆底补片，其垫纱数码及穿纱方式如下。
GB1：2-3/2-1/2-3/1-0/1-2/1-0//，1穿1空。
GB2：1-1/1-0/1-0/2-2/2-3/2-3//，1空1穿。
GB3：1-0/1-2/1-0/2-3/2-1/2-3//，1穿1空。
上机工艺参数：GB1、 GB2、 GB3的送经量分别为(2150±50)、(1420±50)及(1970±50) mm/(480个线圈)，上机线圈密度为11.0横列/cm，机上门幅为(110±5)cm， 牵拉门幅为(90±5)cm。
GB1和GB3做反向垫纱的变化经平运动，以形成六边形网眼结构；GB2起加固组织结构的作用，调节GB2可以改变网眼的形状。
1.3.3 PP/PLA复合经编盆底补片
利用制得的PP及PLA单丝，采用变化经缎与经平垫纱运动相结合的方式(图1)制备PP/PLA复合经编盆底补片，其垫纱数码及穿纱方式如下。
图1 PP/PLA复合经编盆底补片垫纱运动
GB1：2-1/3-4/2-1/2-3/1-0/1-2/1-0/2-3//，1穿1空，PP。
GB2：2-3/1-0/2-3/2-1/3-4/3-2/3-4/2-1//，1穿1空，PLA。
上机工艺参数：上机线圈密度为12.1横列/cm，送经量GB1为(1965±50)mm/(480个线圈)，GB2为(1965±50)mm/(480个线圈)。
1.4 PBS磷酸缓冲液的制备
先称量8.00 g NaCl、 0.20 g KCl、 1.56 g Na2HPO4及0.20 g KH2PO4药品溶于去离子水中，用玻璃棒搅拌至充分溶解；然后，将溶液转移到容量瓶中定容至1 L，摇匀，配置出pH值为7.4的PBS磷酸缓冲液，用于体外模拟降解测试试样的生物可降解性。
2 性能测试与表征
2.1 表观形貌
采用Nikon ECLIPSE E200型生物显微镜，观察制备的3种不同类型的PP型经编盆底补片试样的表观形貌。
2.2 面密度
将试样置于温度(20±2)℃、相对湿度(65±2)%的标况中调湿24.0 h，随后采用FA2004A天平，参照GB/T 4669—2008标准，测量并计算试样的面密度，结果取平均值。
2.3 厚度
采用YG141N数字式织物厚度仪，根据GB/T 3820—1997标准，在压脚面积为(2000±20)mm2、加压压力为(1.00±0.01)kPa、加压时间为(30±5)s的参数条件下，进行试样厚度的测试，结果取平均值。
2.4 孔隙率
利用图像处理法，先将试样拍照后的图像导入到Matlab R2007b软件中处理，获取最佳阈值；随后利用Photoshop软件将图像转变为黑白色，根据式(1) 的像素比计算补片的孔隙率W(%)。
(1)
式中：S1——白色区域的像素；
S——总像素。
2.5 拉伸强力损失率
根据GB/T 3923.1—2013标准，测试未经体外模拟降解测试的初始试样的纵横向拉伸强力，并每隔2周 测试浸没于配置的PBS磷酸缓冲液中试样的纵横向拉伸强力。每种试样纵横向拉伸强力测20次，结果取平均值，并计算出纵横向拉伸强力损失率。
2.6 质量损失率
将试样浸没于配置的PBS磷酸缓冲液中，每隔2周取试样冷冻干燥至质量恒定后，称量其质量M(g)。将未经体外模拟降解测试的初始试样置于玻璃干燥器中干燥0.5 h，称量其初始质量m(g)。再根据式(2)计算试样的质量损失率W′(%)：
(2)
3 结果与讨论
3.1 表观形貌
图2所示为3种不同类型的PP型经编盆底补片的表观形貌照片，可以看出：PP-1经编盆底补片的网眼为菱形，PP-2经编盆底补片的网眼为典型的六边形，而PP/PLA复合经编盆底补片的网眼呈较为规则的六边形。
图2 PP型经编盆底补片的表观形貌
3.2 基本性能
3种不同类型的PP型经编盆底补片基本性能如表2所示，可以看出：随着试样面密度和厚度的增大，孔隙率略微减小。其中，PP/PLA复合经编盆底补片的面密度和厚度最大，孔隙率最小，为70.4%。
表2 PP型经编盆底补片的基本性能
3.3 拉伸强力损失率
图3反映了降解过程中3种PP型经编盆底补片的纵横向拉伸强力损失率变化情况。
图3 体外模拟降解测试过程中3种PP型经编盆底补片的拉伸强力损失率
由图3可知，3种试样整体随着降解时间的增加，纵横向拉伸强力均有不同程度的降低。在降解的前16周，试样的拉伸强力损失率增幅较小；在降解的第20周后，试样的拉伸强力损失率尽管急剧增加，但是至第28周时，3种试样的纵横向拉伸强力损失率仍不足15%。
此外，试样的纵向拉伸强力损失率明显高于横向，原因在于当单丝强力遭破坏后，复合经编盆底补片的纵横向强力都会受到影响，但横向线圈间存在左右连接，故表现为纵向拉伸强力损失率较大。
3.4 质量损失率
图4反映了体外模拟降解测试过程中3种PP型经编盆底补片的质量损失率情况。由图4可知，PP型经编盆底补片的质量损失率随着时间的延长而逐渐增大。在试验进行的前5周，试样质量几乎没有变化；进行到第20周时，试样开始逐步降解，质量损失率有轻微的增加，但质量损失率不足3%；20周以后，试样的质量损失率增幅较为明显，但整个试验范围内，3种试样的质量损失率都不到10%。
图4 体外模拟降解测试过程中PP型经编盆底补片的质量损失率
4 结论
本文基于熔融纺丝技术，制备了质量稳定的PP单丝和PLA单丝；随后，采用经编技术编织出3种PP型经编盆底补片，研究并对比了3种PP型经编盆底补片的表面形貌及基本性能，并在体外模拟降解测试条件下进行了PP型经编盆底补片的拉伸强力损失率与质量损失率的比较，发现：3种PP型经编盆底补片基本性能相近，体外模拟降解第28周时的拉伸强力损失率不足15%、质量损失率不足10%。可见，PLA单丝可替代部分PP单丝制备PP型经编盆底补片，用于盆底修复。
