珍珠粉改性聚丙烯單絲的制備及生物性能

宋唯立，李 光，徐雅軒，朱玥瑆，張坤敏，金俊弘，楊勝林，江建明

（東華大學(xué)纖維改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620）

研究論文

珍珠粉改性聚丙烯單絲的制備及生物性能

宋唯立，李 光*，徐雅軒，朱玥瑆，張坤敏，金俊弘，楊勝林，江建明

（東華大學(xué)纖維改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620）

為提高盆底修復(fù)補(bǔ)片用聚丙烯單絲的生物相容性，制備了聚丙烯／珍珠粉共混單絲。對(duì)紡絲工藝、珍珠粉在聚丙烯單絲表面的分散情況、改性單絲的力學(xué)性能及生物相容性進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，聚丙烯／珍珠粉共混單絲可紡性良好，珍珠粉的加入沒(méi)有影響單絲的力學(xué)性能；SEM觀察顯示，珍珠粉在單絲表面大量分布；與不含珍珠粉聚丙烯單絲相比較，珍珠粉改性的聚丙烯單絲有更好的細(xì)胞增殖性能，說(shuō)明珍珠粉填充的聚丙烯單絲作為補(bǔ)片原料植入人體時(shí)可望有更好的生物相容性。

珍珠粉 聚丙烯單絲 力學(xué)性能 生物相容性

50歲以上婦女超過(guò)50%飽受盆腔功能障礙的困擾［1］，嚴(yán)重影響中老年婦女的生活質(zhì)量。治療該疾病的主要方式為植入補(bǔ)片替代已受損失效的盆腔筋膜組織，補(bǔ)片不僅可以支撐膨出的器官，也可以作為供人體自身組織修復(fù)生長(zhǎng)的支架［2-3］。這里提到補(bǔ)片由單絲經(jīng)編而成［4］，所以制備符合要求的單絲是生產(chǎn)補(bǔ)片的基礎(chǔ)和關(guān)鍵所在［5］，其原料大多為聚丙烯［6］。盡管補(bǔ)片在治療女性盆底功能障礙方面成績(jī)突出，但仍有一定比例的發(fā)炎、感染甚至嚴(yán)重的并發(fā)癥存在［7］。因此，提高原料單絲的生物相容性成為減少炎癥反應(yīng)的重要舉措。根據(jù)盆底組織修復(fù)特點(diǎn)，理想的盆底重建材料應(yīng)具有以下特性［8］：a）異物反應(yīng)；b）彈性好可彎曲；c）縫合容易；d）組織相容性好；e）膠原纖維可長(zhǎng)入；f）能使組織永久修復(fù)；g）張力較好；h）抗感染性強(qiáng)；i）并發(fā)癥少。珍珠粉是一種生物活性物，無(wú)毒、無(wú)刺激，已有研究報(bào)道了珍珠粉在骨細(xì)胞生長(zhǎng)方面的促進(jìn)作用［9］。

筆者以醫(yī)用級(jí)聚丙烯樹(shù)脂為原料，通過(guò)捏合混入納米級(jí)珍珠粉，制備含有珍珠粉的PP樹(shù)脂，并將其紡制成為單絲，考查了紡絲工藝性能、單絲力學(xué)性能、珍珠粉在PP中的分散，并采用MTT法對(duì)改性單絲進(jìn)行了細(xì)胞毒性評(píng)估。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 珍珠粉改性聚丙烯單絲制備

1.1.1 聚丙烯切片和珍珠粉混合

在紡絲前，用捏合機(jī)對(duì)醫(yī)用聚丙烯切片（MI＝11.5 g／10 min，上海金山石化）和納米珍珠粉（直徑400 nm）進(jìn)行混合，捏合溫度為90℃，捏合速度為60 r／min，捏合時(shí)間為60 m in，分別制得含珍珠粉含量為1%，1.5%，2%的混合切片。

1.1.2 單絲紡絲

珍珠粉改性聚丙烯單絲生產(chǎn)工藝流程：改性聚丙烯單絲的成型采用熔融紡絲機(jī)（日本FUJI FILTER）生產(chǎn)，然后在拉伸狀態(tài)下進(jìn)行熱處理而成，工藝流程如下：共混切片→熔融紡絲機(jī)擠出噴絲→冷水浴冷卻→熱水浴牽伸→空氣熱定型→卷繞。

1.2 單絲力學(xué)性能測(cè)試

使用纖維強(qiáng)力儀，設(shè)定夾距為250 mm，預(yù)設(shè)張力為10.0 cN，拉伸速度為700 mm／m in，然后每種單絲測(cè)量30次，取平均值。

1.3 聲速法單絲測(cè)定纖維的聲速值

單絲的聲速值采用聲速取向測(cè)定儀（SCY-Ⅲ型），分別測(cè)定單絲長(zhǎng)度為20 cm和40 cm時(shí)的聲波傳播時(shí)間T20和T40，以倍長(zhǎng)法求取延遲時(shí)間t＝2T20-T40，聲速值C按下列公式計(jì)算：

其中L為試樣測(cè)試長(zhǎng)度，TL為纖維長(zhǎng)度為L(zhǎng)時(shí)的聲波傳播時(shí)間（μs）。

1.4 單絲纖維表面SEM觀測(cè)

珍珠粉改性聚丙烯單絲的表面形貌采用掃描電鏡（Phenom G2 Pro型復(fù)納科學(xué)儀器上海有限公司）進(jìn)行觀測(cè)。樣品經(jīng)過(guò)洗滌、烘干噴金后進(jìn)行觀察研究。

1.5 單絲細(xì)胞增殖及毒性測(cè)試

材料處理：分別稱取不同規(guī)格的珍珠粉改性聚丙烯單絲5 g（純PP單絲也是5 g），依次經(jīng)純酒精、蒸餾水洗滌后，在75%的酒精水溶液中消毒10 m in，最后放入超凈工作臺(tái)內(nèi)（SW-CF-2FD型上海博迅實(shí)業(yè)有限公司）紫外照射30 min。

培養(yǎng)基配制：將高糖型培養(yǎng)基（DMEM）、無(wú)支原體胎牛血清（杭州天杭生物科技有限公司）、雙抗（青霉素與鏈霉素）以89∶10∶1的比例配制成細(xì)胞培養(yǎng)基。

材料浸提液制備：將洗凈、消毒、滅菌后的單絲放入25 m L培養(yǎng)基中，培養(yǎng)箱（Heraeus BB15型，熱電上海儀器有限公司）中放置3天。

小鼠成纖維細(xì)胞L-929和豬內(nèi)皮細(xì)胞PIEC種植：小鼠成纖維細(xì)胞L-929或豬內(nèi)皮細(xì)胞PIEC經(jīng)胰酶消化后，細(xì)胞稀釋至1×105個(gè)／m L，在24孔板中每孔加入200μL細(xì)胞懸浮液。最后將上述浸提液依次加入孔板中，每孔1 m L，一共種植3塊孔板。

MTT（3-（4，5-二甲基噻唑-2）-2，5-二苯基四氮唑溴鹽）測(cè)試［10］：以細(xì)胞種植時(shí)間1，4，7天為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，將孔板中培養(yǎng)基洗凈，用磷酸鹽緩沖溶液（PBS）洗滌3次，每孔加入360μL純培養(yǎng)基和40 μL MTT，在培養(yǎng)箱中密封保存4 h。緊接著將培養(yǎng)基和MTT的混合物吸凈后，加入400μL二甲基亞砜（DMSO），在搖床中避光保存30 m in。最后吸取100μL紫色溶液放入96孔板中，用酶標(biāo)儀（MULTSIKAN MK3美國(guó)Thermo公司）測(cè)試吸光度值（OD）。測(cè)試波長(zhǎng)為492 nm和570 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 含珍珠粉的PP單絲紡制

在實(shí)驗(yàn)室小型紡絲機(jī)器上先紡制不含珍珠粉的PP單絲，在工藝穩(wěn)定后投入含珍珠粉的PP樹(shù)脂，紡絲實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，含質(zhì)量1%～2%珍珠粉的PP樹(shù)脂完全可以在與PP樹(shù)脂相同的工藝條件下紡絲成型，紡絲的主要工藝參數(shù)如下：噴絲板孔徑是3 mm，長(zhǎng)徑比為4；螺桿溫度為250～260℃，組件溫度265℃噴絲板溫度265℃；冷卻水浴溫度是25℃，拉伸水浴溫度是90℃，熱定型溫度為130℃，拉伸倍率3.2倍。說(shuō)明含質(zhì)量1%～2%珍珠粉的PP樹(shù)脂具有良好的紡絲加工性能。

2.2 單絲力學(xué)性能測(cè)試

不同含量珍珠粉改性聚丙烯單絲力學(xué)性能變化如表1所示。珍珠粉含量從0%提高至2%，聚丙烯單絲的強(qiáng)度沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，強(qiáng)度值都在3.8 cN／dtex左右。而聚丙烯單絲的斷裂伸長(zhǎng)率隨珍珠粉含量增加而有一定程度的下降，斷裂伸長(zhǎng)率從16.1%下降至13.8%，這是由于珍珠粉的加入增加了單絲的應(yīng)力集中點(diǎn)，從而導(dǎo)致斷裂伸長(zhǎng)率隨著珍珠粉含量增加而下降。單絲的拉伸模量隨著珍珠粉的含量增加而增加，符合實(shí)驗(yàn)預(yù)期。總之，珍珠粉加入量在小于2%時(shí)，共混聚丙烯單絲的力學(xué)性能良好，符合補(bǔ)片編織的要求。

表1 含珍珠粉PP單絲力學(xué)性能

2.3 聲速法單絲測(cè)定纖維的聲速值

表2中的數(shù)據(jù)表明，隨著珍珠粉含量的增加，聚丙烯單絲的聲速值減小。聲速法通過(guò)對(duì)聲波在材料中的傳播速度來(lái)測(cè)定單絲中大分子的取向程度。珍珠粉為固體顆粒，在聚丙烯中形成不相容的分散相，影響了聲波的傳輸速度；另一方面，珍珠粉的存在可能會(huì)增加聲波在分子間的傳播速度，因?yàn)檎渲榉劭赡茉诖蠓肿渔滈g起到聲波傳導(dǎo)的橋梁。兩方面綜合影響導(dǎo)致隨著珍珠粉含量的增加，聚丙烯單絲的聲速值下降。這從另一方面也說(shuō)明珍珠粉在聚丙烯基體中的分散是比較均勻的。

表2 單絲的聲速值

2.4 珍珠粉改性聚丙烯單絲纖維表面形態(tài)

不含珍珠粉的聚丙烯單絲表面基本潔凈，如圖1（a）所示，含有珍珠粉的聚丙烯單絲表面有白色粉末狀物存在，隨著珍珠粉含量的增加，這些白色粉末狀物增多，它們就是珍珠粉。珍珠粉分布在聚丙烯單絲表面，能有效地發(fā)揮其生物活性特性，更有利于改善聚丙烯單絲的生物活性。

2.5 改性聚丙烯單絲細(xì)胞毒性測(cè)試

筆者實(shí)驗(yàn)采用體外細(xì)胞培養(yǎng)法，利用L929細(xì)胞（小鼠成纖維細(xì)胞）和PIEC細(xì)胞（豬內(nèi)皮細(xì)胞）通過(guò)MTT法來(lái)評(píng)價(jià)珍珠粉改性聚丙烯單絲對(duì)細(xì)胞的影響。MTT是一種溴鹽，活細(xì)胞內(nèi)的琥珀酸脫氫酶能使MTT還原，產(chǎn)生難溶的紫色結(jié)晶物，并沉淀在細(xì)胞中，用二甲基亞砜（DMSO）溶解紫色結(jié)晶物，通過(guò)酶標(biāo)儀測(cè)量一定波長(zhǎng)下的吸光值（OD），即可表示紫色結(jié)晶物的濃度，它反映的就是活細(xì)胞的數(shù)量。測(cè)試結(jié)果如圖2、3所示，其相對(duì)增值率見(jiàn)表2～5。

圖1 聚丙烯單絲表面形態(tài)SEM譜圖

圖2 L929細(xì)胞毒性測(cè)試結(jié)果

圖3 PIEC細(xì)胞毒性測(cè)試結(jié)果

表3 以492 nm波長(zhǎng)測(cè)試的吸光度計(jì)算的相對(duì)增值率

表4 以570 nm波長(zhǎng)測(cè)試的吸光度計(jì)算的相對(duì)增值率

表5 PIEC細(xì)胞相對(duì)增殖率（492 nm）

表6 PIEC細(xì)胞相對(duì)增殖率（570 nm）

從圖2、3以及計(jì)算出的相對(duì)增殖率可以看到，MTT測(cè)試結(jié)果顯示L929細(xì)胞和PIEC細(xì)胞的增殖隨著時(shí)間的增加而增加。在各個(gè)時(shí)間監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，含珍珠粉的試樣其細(xì)胞增殖數(shù)量均大于不含珍珠粉的試樣。而且，細(xì)胞增殖數(shù)量與單絲中珍珠粉含量基本呈正相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明在聚丙烯單絲中加入一定含量的珍珠粉對(duì)聚丙烯進(jìn)行改性，在一定程度上可以提高聚丙烯單絲的細(xì)胞活性，促進(jìn)細(xì)胞的增殖，少量珍珠粉加入到聚丙烯單絲中確實(shí)有利于其生物相容性的改善。

3 結(jié) 論

a）通過(guò)機(jī)械捏合制備了含珍珠粉質(zhì)量1%～2%的聚丙烯樹(shù)脂，并在實(shí)驗(yàn)室小型設(shè)備上紡制了聚丙烯單絲，含珍珠粉的PP樹(shù)脂表現(xiàn)出良好紡絲加工性能。所得單絲的力學(xué)性能沒(méi)有明顯變化，拉伸斷裂強(qiáng)度為3.8 cN／dtex左右，斷裂伸長(zhǎng)率15%左右，滿足作為醫(yī)療補(bǔ)片用單絲的性能要求；

b）珍珠粉含量不同的聚丙烯單絲表面都有白色顆粒狀珍珠粉，隨珍珠粉含量增加，珍珠粉分布密度增大，珍珠粉分布在聚丙烯單絲的表面有利于實(shí)際使用時(shí)生物相容性的改善；

c）MTT測(cè)試結(jié)果顯示，含珍珠粉的聚丙烯單絲在相同的培養(yǎng)條件下細(xì)胞增殖更多，而且細(xì)胞增殖基本與珍珠粉含量呈現(xiàn)正相關(guān)性。說(shuō)明珍珠粉加入PP樹(shù)脂中確實(shí)能在一定程度上提高聚丙烯單絲的細(xì)胞活性，促進(jìn)細(xì)胞的增殖，從而改善PP單絲植入人體的生物相容性。

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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，浙江紹興人，碩士研究生，研究方向?yàn)椴牧衔锢砼c化學(xué)。

*通訊聯(lián)系人：李光，lig＠dhu.edu.cn