医用和保健功能纤维及纺织品

第十章 医用和保健功能纤维及纺织品,第一节 概 述 4000年前，用棉、亚麻、马鬃和毛发缝合伤口20世纪50年代，人工血管、人工肾、人工肺、人工肝等器官 在医疗和保健方面应用的纤维有天然纤维和合成纤维。它们必须无毒性、无过敏性、无致癌性，在消毒时不引起物理或化学性能的任何变化。 最常用的天然纤维是棉、蚕丝，它们广泛地用作伤口敷料、绷带和卫生保健用品等。 常用的合成纤维包括聚酯、聚丙烯、聚四氟乙烯纤维和碳纤维等。,医用纺织品包括机织物、针织物和无纺布，所使用的材料包括短纤维、单丝、复丝及复合材料。 传统的医疗纺织品如纱布、绷带、缝合线、手术衣等，一般使用棉为原料，以传统的方法纺成纱、织成布。 新型的生物降解纤维及织物，如止血、消炎等。止血纱布、不沾纱布和摄影纱布等新型产品。 例如止血纱布是采用粘胶纤维针织物经特殊的氯化处理而制成，所生成的氯化纤维素，具有凝集血小板的止血作用，进入人体后能降解为低分子物质排出体外。 磁疗织物、芳香织物、抗菌织物、高吸水织物、远红外织物和抗紫外线织物等,第二节 医用和保健功能纺织品分类和作用一、医用和保健功能纺织品的分类,二、 医用保健功能纤维和纺织品的作用(一) 医用纤维和纺织品的作用 采用中空纤维的人工肾定期进行血液透析，可延长肾功能衰竭和尿毒症病人的生命最长可达20年以上；采用医用屏蔽织物可降低医务人员的交叉感染率。 目前，在伤口保护方面正在开发和应用的医用纺织品主要为甲壳素纤维、海藻纤维和骨胶原纤维制品。它们对伤口治愈过程非常有用，特别是海藻纤维，能和渗出的体液相互作用生成纳钙海藻胶，具有亲水性、透氧性和抗菌性，有利于新组织生成。,纱布和涂石蜡纱布是最常用的敷料，绝大多数纱布是棉质松软性平纹织物。因为伤口敷料的主要着眼点是消毒，可考虑使用非织造布。非织造布平整，大多数无掉纤毛现象，可减少碎屑遗留在伤口上的机会。 体内用医用纺织品主要包括手术缝合线、软组织植入物、矫形植入物、心血管植入物等。1、外科手术缝合线 缝合线是暂时的植入物，用于封闭伤口以及在伤口愈合期间提供强度。医用手术缝合线必须满足以下条件：,可以进行彻底的消毒杀菌处理； 有一定的机械性能，如适当的机械强度，20左右的延伸度，有一定的柔软性和弹性回复，一定的湿润强度和摩擦系数； 缝合、打结时操作方便，作结后持结性能良好； 缝合线在体内一定时间内保持一定强度； 对人体组织有适应性，不致因异物反应而发生炎症； 对人体无毒、无副作用； 产品质量稳定可靠； 制作容易，价廉易得； 最好在体内能被完全吸收。,2人工肾3人造心脏机械瓣膜4人工血管：可用丝、涤纶、聚四氟乙烯等纤维编织而成，主要用于血管硬化、血管瘤等疾病5人工肺6婴儿尿布、成人失禁垫7一次性手术衣、帽、手术包(二) 保健功能纺织品的作用 保健功能纺织品通常包括抗菌防臭袜子、鞋、抗菌保健内衣内裤、护膝裤、暖胃背心、平喘背心、护肩服、护腰服、保健帽等。,保健纺织品按其功能来源可分为三类： 1、原料型保健纺织品 采用本身具有抗茵防臭和特殊保暖等功能的纺织原料制成的产品。主要有亚麻纺织品、罗布麻纺织品、天然彩色棉织物、高吸水纺织品、氯纶织物、真丝绸内衣及其他原料型保健纺织品。2改性型保健纺织品 纤维经过改性、混纺交织或特殊整理后，使纱线和面科具有抗菌、抗紫外线、远红外辐射等功能的纺织品。,3复合型纺织品 纺织品与药、磁、玉、石、电子、器械等组合，使其具有药疗、理疗、磁疗、微波疗等功能。 磁性纤维除了有重量轻、柔软、吸湿透气、耐洗涤等特点外，还具有增强人体血液中离子活性、净化血液、扩张血管、加速血液循环、改善细胞新陈代谢等作用，对高血压、冠心病、神经衰弱、关节炎、颈和腰痛疾病等有辅助医疗保健作用。,第三节 医用功能纤维和纺织品的生产一、对医用纤维和纺织品的性能要求1对医用纤维和纺织品本身性能的要求 (1)耐生物老化：对长期植入的生物医学材料，不仅生物稳定性应好，而且不对宿主产生有害反应。而对于暂时植入的生物医学材料，则要求能够在确定时间内降解为无毒的单体或片断，通过吸收、代谢过程排出体外。 (2)有稳定的物理机械性能：针对不同的用途，在使用期内生物医学材料应保持一定的强度、弹性、尺寸稳定性、耐挠曲疲劳性和耐磨性。,(3)易于加工成制品：根据最终使用要求，医用纤维或纺织品应容易进行加工成型，做成丝条、编织带、机织物或针织物、毛毡或绒类织物等。 (4)材料易得价格适当。 (5)便于消毒灭菌。 2对医用纤维和纺织品的人体效应的要求 异体材料与生物体接触时，生物体方面往往出现血栓、炎症、毒性反应、变态反应以及致癌等各种生物化学性拒绝反应，所以要求医用纤维和纺织品必须具有生物相容性。材料的生物相容性一般包括血液相容性和组织相容性。对于暂时植入的生物医学纤维材料，还要求有生物降解吸收性。,3医用纤维和纺织品要具备效果显示功能 生物医学纤维材料，除要求与生物体相互适应、融合共存外，还必须具有显示其医用效果的功能，即生物功能性；可检查、诊断疾病；可辅助治疗疾病；可支持活体、保护软组织、脑和内脏；可改变药物吸收途径，控制药物释放速度、部位，并满足疾病治疗的要求。例如，人工肾透析器用的中空纤维要有高度的选择透过功能，以有效清除血液中超过标难的肌肝和尿素；人工皮肤用的甲壳素短纤维无纺布要具有细胞亲和性和透气性，以保护伤口不受污染，促进伤口愈合；药物控释体系的载体用的多孔中空纤维要可以控制药物的释放速度，以增加药物对器官组织的靶向性，提高疗效，降低毒副作用。,二、医用纤维和纺织品的开发1、新型纤维材料 医用功能纤维和织物的发展首先归功于纺织新纤维的开发，医用功能纤维是生产新型医用纺织品的基础。以天然材料为原料开发出的一系列纤维有海藻酸盐及其衍生物、甲壳素、胶朊质等；以合成材料为原料开发出的新纤维有聚乙交酯、聚二氧杂环己酮、含氟聚合物等。2、新型织造技术多采用纺粘法和射流成网法制作非织造布,3纤维化学改性 纤维的化学改性是获得功能性的重要方法，它包括基质改性和表面改性两方面内容。基质改性是在纺丝聚合物中加入功能性组分交联共聚而形成功能性共聚体，再进行纺丝。表面改性则是在成纤后对纤维进行化学处理。4共混纺丝技术 共混纺丝工艺是向纺丝原液中掺入功能剂，均匀混合后再纺成纤维。,5复合纺丝技术 复合纺丝的目的在于功能复合。一般来讲，复合的一部分为功能材料，另一部分为普通纤维聚合物。复合形式已不是简单的芯鞘复合和并列复合，出现了镶嵌结构、海岛结构、不完全包芯结构和中空多芯结构等新结构。6、后整理技术 采用抗菌剂、芳香剂、消臭剂、防紫外线剂等后整理剂，通过浸渍、浸轧、喷淋、涂敷等方法开发出品种繁多的卫生保健织物。,三、部分医用纤维和纺织品(一)按用途分1、手术缝合线 1962年，美国以聚乙交酯（PGA）为原料，成功地研制出第一种人工合成的可吸收手术缝合线。随后，又研制出乙交酯(GA)和丙交酯(LA)共聚的聚乙丙交酯（PGLA）纺制而成的可吸收缝合线。 20世纪60年代，人们发现聚乳酸、聚乙二醇酸以及乙二醇酸与乳酸的共聚物也是吸收性缝合线的良好材料。 目前，聚二氧杂环己酮纤维、羟基纤维素和甲壳素纤维。,2、吸血纤维 纤维素纤维在亲水性乙烯基单体、溶剂、催化剂及热能的存在和作用下，能高效率地进行非均相接枝共聚反应，可得到湿态强度较高的吸血纤维。（二）按纤维成分分1、海藻纤维 如海藻酸铁、海藻酸铝、海藻酸铜等2、甲壳素纤维 可吸收医用缝线和人造皮肤等医用敷科外，还可作为骨缺损填充材料。,3、胶原纤维 可制成贴剂、凝胶剂、喷雾剂、散剂等，可用于创伤治疗和伤口止血。胶原的另一个用途是制成高强度纤维做手术缝合线。伤口愈合时不需拆线，可被人体吸收。4、聚乳酸纤维 聚乳酸纤维及其共聚物在医疗领域主要做尿布、手术缝合线、骨内固定装置、组织工程支架、绷带、药物控释体系中的载药材料、人工管道、人工韧带或肌腱等。,第四节 保健功能纤维和织物的生产 一、药物纤维和织物 1、消炎止痛织物 所谓“消炎止痛织物”就是把硫胺素、抗坏血酸、布格芬等消炎止痛药物掺入到纤维中织成织物。其应用主要是制成护颈、护肩、护腰、护膝、护肘、护腕等制品，用于思部，通过透皮吸收而获得消炎止痛的疗效。2促进血液循环织物 用药物织物制成内衣穿在身上，能大面积接触人体，增大药物渗皮吸收量，因而非常适宜增进血液循环的药物发挥作用。,3皮肤止痒织物 药物织物尤其适用于皮肤瘙痒症的治疗，目前已有中药止痒织物、丝绸止痒织物、微胶囊止痒织物和纤维改性止痒织物等。中药止痒织物是采用中药互接对织物进行浸煮，药效成分附于纤维间隙便于渗入皮肤。药物纤维的价值：(1)提高药物的安全有效性；(2)避免频繁用药麻烦；(3)改善用药的舒适性和方便性。,二、磁性功能纤维 磁性纤维根据基体纤维的材质可分为金属(或合金)磁性纤维、有机磁性纤维(基体为有机纤维)和无机磁性纤维(基体为无机纤维)。磁性纤维的制备方法大致有两种途径：一是通过直接成型制备磁性纤维，二是通过基体纤维的化学、物理改性制备。1磁性纤维的直接成型法(1)金属纤维传统制造法：拉伸法、镕融挤出法、射流冷却法、熔融萃取法、切削法、须晶法等方法制备。(2)有机金属络合物分解法,(3)共混纺丝法：通常将粒径小于1m的磁性物质微粒混入成纤聚合物的熔体或纺丝原液中，经熔纺或湿纺制成磁性纤维。2以纤维为基体的化学、物理改性法(1)腔内填充法：可通过物理方法将磁粉微粒填入木材纤维的胞腔中制成磁性纤维 (2)表面涂层法：以适当方法将磁性物质涂布在各种纤维表面制成磁性纤维。例如，用表面沉积涂布法制成磁性钛酸钾纤维。方法是将亚铁盐水溶液与碱溶液在适当条件下先后加入钛酸钾纤维分散在水介质的体系中，经水解和空气氧化，生成的磁性氧化铁沉积在纤维表面，制得暗褐色磁性钛酸钾纤维，用于制造磁性复合材料。(3)定位合成法,三、芳香保健纺织品 1共混纺丝 可以将热塑性成纤聚合物和香料直接进行机械混合熔融纺丝。该工艺首先需解决好芳香物质和基质材料的相容性问题。其次，由于熔纺工艺条件限制，对香料有苛刻的要求(如沸点在250以上)。使香料可选择范围大大缩小。日本可乐丽公司于1987年采用这种方法研制成功连续释放香气的纤维，并用它制成了絮棉。2皮芯纺丝 在成纤聚合物中掺入香科或微胶囊，会对纤维力学性能产生不良影响，而皮芯纺丝由芯层提供芳香性能，皮层保持常,规纤维的各项技术指标，因此各项性能较为理想。另外皮层还有防护芳香物质因沸点较低而从表面逸散的重要作用。 此类方法有非中空皮芯纺丝、中空皮芯纺丝等。其中非中空皮芯纺丝是以热塑性成纤聚合物作皮层，选用易吸附香料的聚合物作芯材，香科分散其中，挥发缓慢，流香长久。中空皮芯纺丝所用原科与非中空皮芯芳香纤维相同，其芯部制成中空纤维状，芳香物质挥发充满中空部分，使其发散能力提高。这种方法虽增强了芳