柔软度更好丨SIS材料与牛真皮材料物理性能对比研究


作者:本站编辑    发布日期:2022-06-08


本文对比考察了猪小肠粘膜下层基质材料(SIS)、市售脱细胞牛真皮基质(ADM)两种胶原蛋白生物材料的物理性能,包括形貌、粗糙度、亲水性、柔软度,从而更加全面地掌握两种不同组织来源胶原蛋白生物材料的物理性能,为产品的临床应用选择提供理论依据。该文章已于2017年7月发表于《材料科学》期刊,以下为部分摘录内容。

 

形貌分析对比

通过扫描电镜,观察两种材料样品的孔径和纤维结构。样品 40℃条件下干燥24 h,离子溅射仪喷金,扫描电镜观察。

   两种材料的表面及横截面形貌如图 1 所示,从图中可以看出,SIS 材料表面可以看到胶原纤维纵横交错排列,材料表面纤维明显,纤维直径约为 1 μm,胶原纤维保留完好,长度在 50 μm 以上,未发现明显断裂纤维,有连通孔通入材料内部。SIS 纤维直径在从横截面形貌图可以看出,SIS材料为层状结构,分布均匀,层间隙大,更有利于新生细胞的进入生长。ADM材料表面较为平整,且致密,表面极少见连通孔,横截面存在许多孤立的块状物,为细胞外基质纤维的横切面,内部连通孔较多,此材料应为不同向的纤维堆叠而成。总体比较而言,两种材料都有连通孔,但 ADM 表面致密平整,为微米级片状结构,长度在 100μm 以上,限制了细胞的长入,SIS连通效果更好,更易细胞的长入。

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1:两种生物材料扫描电镜图a:SIS 表面;b:ADM 表面;c:SIS 侧面;d:ADM 侧面


粗糙度分析

利用德国布鲁克分析仪器公司的 FastScan Bio 原子力显微镜检测两组材料的粗糙度。扫描针尖采用Ф0.5 mm的高纯度钨,针尖与样品间的偏压为 80 mV,扫描范围为1750 nm ×1750 nm,图像由Nano-ScopeAnalysis软件处理。

原子力显微镜分析样品的粗糙度,结果如图 2 所示。SIS材料的粗糙度较小,ADM的粗糙度明显大于SIS材料的,ADM的Rq、Ra 值分别为224 nm、185 nm,而 SIS 材料粗糙度在100 nm以下。两种材料相比,SIS表面相对平整,更易于细胞迁移修复,从而减少粘连发生的风险。

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2原子力显微镜分析样品粗糙度结果


亲水性分析对比

将烘干的两种样品置于盖玻片上,将一滴水(约2μL)滴在材料表面,用视频光学接触角测量仪测量水滴与材料的接触角,衡量材料的表面能。

水接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度,水接触角越小表明材料亲水性越好。 如图3所示:SIS产品的水接触角小于 90˚,说明SIS材料具有很好的亲水性。ADM的水接触角大于90°,材料呈疏水性。亲水效果好,利于体液浸润材料及血管化,有利于将细胞长入材料内部,并逐步在材料内部填满新生细胞,促进组织修复过程,加快病患处的修复和愈合。

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3两种样品的亲水角测试结果


柔软度分析

   通过柔软度测试仪,对两种材料分别进行柔软度测试。如图4所示,在干态条件下SIS柔软度小于5000mN,ADM材料柔软度大于8000mN。结果表明,干态条件下,SIS具有更好的柔软度。

再分别将两种材料的样品,放入生理盐水中水合60秒,进行湿态下柔软度测试。如图5可以看出:在湿态条件下SIS样品更柔顺贴合,ADM样品硬挺翘起,贴合性较差。在临床应用中,产品的柔软度决定了产品与患处的顺应性和贴附性,且影响医生的手术操作便利。尤其在口腔领域,柔软度高的产品更容易植入患处,且更易发挥效果。

柔软度副本.jpg

4干态条件下,两种样品的柔软度测试结果

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5湿态条件下,两种样品的柔软度测试对比


通过以上形貌、粗糙度、亲水性、柔软度对比分析,我们可以得出,SIS材料的物理性能优于牛真皮材料(ADM),更适于临床手术的植入使用。

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