医用纤维在医疗纺织品中的应用解析[1]

1、 1前言随着现代医学对纤维材料和制品的依赖和需求的逐步上升, 医用 纤维正在发展成为一个新兴产业。 医用纤维材料和制品可以用于制造 医疗器具和器械, 同时还能用作人体器官或肌体组织的替代品, 以此 治疗器官衰竭和组织缺陷。 以美国为例, 每年需进行组织和器官修复 的手术约 800万例, 年耗资超过 400亿美元, 约占全部医疗费用的一 半,其中纤维材料和制品的费用占 1/4。同时,由于这些纤维制品与 人体密切接触并起治疗作用,因此必须具有一定功能性和生物相容 性、耐生物老化性、可生物降解性、可消毒性。由此可知,这是一个 具有高附加值的产业,且具有强大的潜力市场。目前,国内外市场上 的医用纤维原

2、料种类非常繁多,包括人体代用材料和医疗卫生材料 等,如心脏膜瓣腱、韧带、人工骨和人工关节,人造皮、人工血管、 中空纤维人工肾、人工肝、人工脾、人工肺和血浆分离器,吸收性缝 合线,止血纤维和吸血纤维、解毒纤维、绷带、卫生巾、口罩、手术 衣和罩布、 X 射线板、光纤胃镜、消臭杀菌纤维和卫生保健类功能纤 维等。本文介绍一些医用纤维的基本性能及其在医疗纺织品中的应 用。2医用纤维的性能藻酸是一种从褐藻中提取的天然多糖,是由 D 甘露糖醛酸 (M与 L 古罗糖醛酸 (G经过 1,4键合形成的线型共聚物。藻酸 因来源不同,其单体 G 与 M 的相对比例、排列顺序有较大区别,从而 使纤维的物理机械性能不同。

3、 海藻酸钙纤维的干强可与粘胶相比, 但 湿强低, 断裂伸长率较高, 从表 1中可看出其物理性能随水分含量的 变化。 藻酸纤维主要由不溶性的海藻酸钙构成, 早在 40年代 Speakman 与 Chamberlain 就已经报道了藻酸纤维的制备。 海藻酸钙纤维可通过 最基本的湿法纺丝工艺而制得, 由海藻酸钠浓溶液经过喷丝板挤出后送入含钙离子 的酸性凝固浴中, 海藻酸钠与钙离子发生离子交换形成不溶于水的海 藻酸钙纤维,再进行水洗、拉伸、烘干等一系列加工,随后通过非织 造生产工艺可制成包扎伤口用绷带。其工艺流程如下:海藻酸钠粉末海藻酸钠浓溶液湿法纺丝水洗拉伸干 燥海藻酸钙纤维绷带G 含量较高的海藻酸

4、钙纤维难于溶胀,而增加纤维中海藻酸钠的含量可以提高纤维的吸收速率,为此,曾开发了一种工艺,即用盐酸 洗涤海藻酸钙纤维以用氢离子取代部分钙离子, 再进行碳酸钠或氢氧 化钠处理使氢离子被钠离子取代。所得到的纤维为海藻酸钙 /海藻酸 钠纤维, 其中水溶性的海藻酸钠使这类材料比海藻酸钙纤维绷带具有 更高的吸收能力。海藻酸盐通常在食品工业、 纺织工业、 医药工业上用作冻胶剂或 增稠剂,也可用于袜织造后的分割【 1】及造纸工业。藻酸的新用途 是作为伤口绷带或创可贴【 2,3】,近年来已获得巨大的成功。随着 近年来“湿疗” 概念的建立,人们已普遍认为湿润的条件是伤口愈合 的理想条件, 且能使创可贴较容易地从

5、伤口去除。 藻酸纤维具有独特 的离子交换性能, 可与伤口的渗出液相互作用形成湿润的凝胶, 有利 于伤口的愈合藻酸纤维绷带伤口愈合后容易去除, 对于含量较高的绷 带可用热盐液冲洗, 对于含量较高的绷带则可整片去除, 而基本不会 影响新愈合伤口表面的脆弱组织,因而成为理想的伤口包扎用品之 一。 主要机理为藻酸纤维以钙盐的形式存在, 纤维上的钙离子能同伤 口渗出物的钠离子进行离子交换, 钙离子进入伤口, 而部分纤维变为 海藻酸钠,由于海藻酸钠溶于水,纤维发生较大溶胀形成凝胶,这种 离子交换为伤口愈合创造了一个湿润的环境。 由于藻酸纤维绷带具有 独特的形成凝胶、高吸收、易去除及其生物降解性【 4】等综

6、合性能, 由于海藻纤维绷带具有独特的形成凝胶、 高吸收、 易去除及其生物降 解性等综合性能,近年来,海藻绷带与创可贴的用量正以每年 40%的速度递增,成为目前最广泛应用的伤口包扎材料之一。此外,藻酸纤维还可作为治疗伤口药物的载体以制备抗菌纤维 【 5】,由于纤维具有较大的表面积和较小的直径,比常规的薄膜或 棉球载体具有较好的吸收与柔软性能, 因而近年来以纤维作为药物的 载体受到较多的重视, 其中藻酸作为药物载体还具有较好的生物医学 性能。 如对于烧伤药物磺胺嘧啶银或其他含银抗菌剂, 它们不溶于一 般溶剂,因此为制备性能较好的抗菌纤维必须选择合适的混合方法, 在直接混合法、反应法(a 和 b 两

7、种方法和溶解法中,直接混合法效果最差, 溶解法效果最好, 藻酸含银纤维因生产简单而比较受欢迎, 这类纤维 具有特殊的生物医学性能。甲壳质是自然界中仅次于纤维素的最丰富的天然有机物之一。 它 是 2乙酰氨基 2脱氧 D 葡萄糖通过 1,4苷键连接而 成的线性聚合物,广泛存在于虾、蟹等甲壳类动物中。据统计,自然 界每年生物合成的甲壳质可达数十亿吨,是一种丰富的自然资源 【 2,6-8】。一般制取甲壳素纤维所选用的原料是食品加工厂废弃的虾、 蟹甲 壳。先除去色素、蛋白质等得到灰分在 0.2%以下的甲壳素粉末,然 后经过对甲苯磺酸的异丙醇溶液处理,再将其溶解于含有少量 LiCl 的二甲基乙酰胺中, 最

8、后通过常规的湿法工艺或干法工艺得到具有较 高强度和伸长率的甲壳质纤维。其工艺流程如下:虾、蟹甲壳素粉末对甲苯磺酸的异丙醇溶液含 LiCl 的二 甲基乙酰胺湿法纺丝或干法纺丝甲壳素纤维由于甲壳质不仅具有很强的反应性能, 而且无毒无味, 耐热耐碱 耐腐蚀,可生物降解,并且具有良好的生物活性、生物相容性、粘合 性、柔软性和成纤、成膜能力,具有抗菌防霉、吸湿保湿、治伤、促 凝血等性能和功能, 因此甲壳素纤维可用作可吸收缝合线、 人工皮肤 及伤口包扎材料。 选择最佳纺丝条件, 通过常规的湿纺工艺或干湿法 纺丝工艺可得到具有较高强度和伸长率的甲壳质纤维,可制成纱线、 机织物、针织物、 编织物及非织造物等各

9、种形式。用甲壳质经湿法纺 丝制成的纤维所制非织造敷料是优良的伤口包覆材料。脱乙酰甲壳质是甲壳质的脱乙酰衍生物, 由于脱乙酰甲壳质含有 伯氨基, 反应活性和溶解性能均比甲壳质强, 是甲壳质最重要和应用最广的衍生物。脱乙酰甲壳质易溶于几乎所有的有机与无机酸水溶 液,纤维素与甲壳质、脱乙酰甲壳质在结构上十分相似,纤维素中 C 2位置的 OH 基被乙酰氨基(一 NHCOCH3取代就是甲壳质,被一 NH2取代则为脱乙酰甲壳质。甲壳质不仅具有很强的反应性能,而且 无毒无味, 耐热耐碱耐腐蚀, 可生物降解, 并且具有良好的生物活性、 生物相容性、粘合性、柔软性和成纤、成膜能力,具有抗菌防霉、吸 湿保湿、治伤

10、、促凝血等性能和功能,因此引起了人们的极大关注 【 2,7-8】。脱乙酰甲壳质具有独特的性能,不仅能加速伤口的愈合,同时, 还可用作可吸收缝合线、人工皮肤及伤口包扎材料、可治疗烧伤。药 理学研究表明, 该类物质可以抑制血中胆固醇含量, 同时还具有一定 的抗癌效果。 临床试验表明, 甲壳质类人工皮肤具有刺激自身皮肤细 胞的生长、加速伤口愈合、 减少伤口疼痛的功能,因此具有很好的发 展前景。由于聚乳酸不使用石油等化工原料, 使用后的废弃物在人体、 土 壤及海水中极易分解成二氧化碳和水, 因此不会污染地球环境, 是对 地球友好的新合纤。 日本和美国的一些公司已采用植物如玉米为原料 经微生物发酵制得可

11、生物降解的聚乳酸纤维,其强度如聚酰胺纤维、聚酯纤维,熔点为 175,加工性能及染色性能均佳。通过不同的添 加剂,可控制其在土壤和水中的降解周期 (2个月2年 ,可完全降 解为二氧化碳、水,其降解中间体低乳酸对促进植物生长有利。由此 制成的纤维可广泛应用于医用缝合线、 外科手术植入材料、 人工血管 及用即弃产品如尿布、妇女卫生巾中。其工艺流程如下:玉米淀粉微生物发酵或合成乳酸聚合聚乳酸纺丝 聚乳酸纤维近 20多年迅速发展起来的生物高分子材料聚羟基脂肪酸酯 (PHA,是很多微生物合成的一种细胞内聚酯,是一种天然的高分子 生物材料。 这种聚合物是由位于美国中西部的资源丰富的野草经发酵 而成。 生物基

12、聚酯是在加工的过程中加入基因制取。 这种材料制成的 缝合线强度更高或更低, 弹性或非弹性都为最佳, 通过控制基因可以 使纤维具有程序化残留期。此外, PHA 应用于纤维领域使缝合线在人 体内经过一段时间就溶解,同时,它还可以用作人体支架或结构,例 如,胰腺或心脏。因为 PHA 同时具有良好的生物相容性能 ? 生物可降 解性和塑料的热加工性能。 同时可作为生物医用材料和生物可降解包 装材料,因此这已经成为近年来生物材料领域最为活跃的研究热点。2.6改性 Lyocell 纤维英国的 Courtaulds 公司、奥地利的 Lenzing 公司、德国的 Akzo 公司等开发了新型溶剂纺纤维素纤维“ L

13、yocell ”,制备工艺简单, 不需碱化、黄化和熟成工序,溶剂无毒,采取封闭式工艺流程 , 溶剂 回收率高达 99.5%以上,生产过程无环境污染。这种纤维有良好的手 感、 服用舒适性、 吸湿性、 柔软性、 生物降解性, 湿强和干强都较高, 耐洗性好,收缩率低,可在干和湿等不同状态下进行化学加工,可进 行常规漂白和印染【 9】【 10】。Lyocell 的生产一般采用纤维素直接溶解工艺,应用了在特定条 件下将纤维素溶于环状叔胺氧化物 N 甲基吗啉 N 氧化物与水混 合物中这一原理。 在这一工艺中, 预处理好的浆粕同连续式混合器中 的 NMMNO 及水混合, 将纤维素溶解成粘性溶液, 过滤该溶液

14、后进行纺 丝 , 纤维素就呈丝状固出来,纺丝和洗涤过程中产生的稀 NMMNO 溶液 进行纯化浓缩后可再循环利用, 该工艺在经济上具有现实性, 可回收 99.5%的溶剂【 9-10】。英国的 Courtaulds 公司在其 Lyocell 纤维生产技术的基础上, 开发了一种称为Hydrocel 的纤维,可代替海藻酸钙用于制作治疗慢性伤口如溃疡、烧伤等的高级绷带【 11】。 Hydrocel 是由 Lyocell 经化学改性 而得的羧甲基纤维素制品, Courtaulds 公司报道说它与藻酸纤维制 品相似,可与伤口渗出液接触形成凝胶,提供非粘结性的润湿环境。 而且, Hydrocel 比藻酸纤维具有更高的吸水性,可达其自身重量的 35倍,形成连续性较好的凝胶,从而易整片去除,便于更换绷带, 避免损伤新组织的生长。目前正在实现其工业化。2.7Superld 医用纤维Superld 医用纤维是美国杜邦非织造材料公司使用专用的先进复 合材料技术, 用一种独特的双组分配方研制的医用纤维新产品。 这种 新产品用于制作医用服饰, 能对医护人员提供很好的保护作用, 并具 有舒适感。 这是杜邦公司推出的一系列既有高保护性又具有柔软性的 医用产品