医疗用生物降解纤维及织物的开发与应用

医疗用生物降解纤维及织物的开发与应用

1医疗用生物降解纤维及织物近年来，随着科学技术的发展，一些新的植物纤维工具和织物也相继开发。各种纤维制品在医疗领域中的应用愈来愈广,不仅大量用于医疗器具和器械,而且用作人体的各种器官或人体中脏器的补片。生物降解纤维及织物应用于医疗领域,立即引起医药界的极大关注。因为这类纤维除具有很好的生物降解性外,还有生物相容性、生物活性和愈合伤口等功能。医疗用生物降解纤维及织物,除要有生物降解性外,一般还要求具有下列性质。(1)化学性能呈惰性,纤维的物理机械性能不会因血液和生理液的影响而改变。(2)不发热,不产生异物反应,不引起肿瘤或过敏反应,不破坏邻近组织。(3)纤维无毒性且不产生毒性,能经受各种消毒处理而不变质。(4)易加工,便于使用;价格不高。此外,随着这些纤维及织物用途的不同,它还应具有某些特定的性能。2医疗纤维和纺织品的开发2.1织物组织结构设计一般是指在一定时间内在微生物作用下能自行降解的纤维及织物。它可以是机织物、针织物和非织造布等形式。其中,非织造布应用将越来越广泛,主要是由于其具有生产工艺流程短、原料适应能力强、产品性能好和成本低廉等特点。2.2医用纺织品的可生物量和可扩充性能一般使用棉和粘胶纤维作为原料,以梭织方法制织。这些材料可以生物降解,具有高吸水性,但不能满足现代医疗功能上的一些新要求。如传统纱布给患者进行换药时,由于创面血液和分泌物的渗出,致使血肉和纱布粘连一体,干固结痂,从创面上取下纱布时会给患者带来极大的痛苦和恐惧。又如传统的手术缝合线大多为棉线和丝线,这些纤维制品不能被人体所吸收,因而伤口愈合后又要拆线,给患者带来两次痛苦。另外,大多数医用织物是一次性使用的,这样废弃的医疗用织物,如果不能降解,势必引起环境污染。因而,大力开发与应用生物降解纤维与织物是非常重要的。3生物降解纤维和织物纺织法3.1高分子有机化合物nf纤维素是地球上现存的最大量的有机物,它是由β-1、4葡萄糖单元重复连接而成的直链状高分子。自然界中,纤维素不断地被千百种真菌、细菌和白放线菌(actinomycetes)等微生物所降解。棉、麻是可生物降解的天然纤维素纤维,传统的医疗用纤维和织物主要以棉纤维为原料,以机织平纹组织制织纱布、绷带等。3.2金属基复合材料以天然聚合物为原料制得的可生物降解纤维属于生物降解再生纤维。这类纤维及织物主要有藻酸纤维及织物,甲壳素纤维及织物,改性Lyocell纤维及织物。藻酸纤维主要由不溶性海藻酸钙构成,可通过最基本的纺丝工艺而制得,即由海藻酸钠碱性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纱布、绷带等。M含量较高的海藻酸钙纤维难以溶胀,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钠纤维以用氧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。所取得的纤维为海藻酸钙/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。美国和日本开发了甲壳质纤维及织物。调节组分的比例可改变降解速度,其纤维成分能够完全生物分解。据统计,自然界中每年生物合成的甲壳质可达数十亿吨,是一种十分丰富的自然资源,一般制取甲壳素纤维所选用的原料是食品加工厂废弃的蟹甲壳。先将其浸入苯酮中除去色素,然后粉碎,用酸浸泡除去碳酸钙,接着用碱浸泡以除去蛋白质,得到灰分在0.2%以下的甲壳素粉末。在甲壳素中加入氯甲烷、乙酸酐、冰乙酸及高氯酸共同反应,即得到甲壳素乙酸酯。将这种甲壳素衍生物溶解在三氯乙酸/三氯甲烷混合液中制成纺丝液,经湿法纺丝、拉伸,完成纤维的全部制作,进而可用机织、针织、非织造工艺制成织物。甲壳素纤维也可用壳聚糖经湿法或干法纺丝制得。例如将甲壳素脱酰化得到的粒状壳聚糖溶解于稀醋酸乙脲的混合液中,制成纺丝溶液。将此溶液过滤后注入到由50%的氢氧化钠与乙醇按90∶10比例组成的凝固浴中,由此,可以得到甲壳素纤维,进而制成织物。又如,英国Courtaulds公司、奥地利Lenzing公司、德国Akzo公司等开发了一种纤维素纤维Lyocell。Lyocell的生产一般采用纤维素直接溶解工艺,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-氧化物与水的混合物中。在这一工艺中,预处理好的浆粕同连续式混合器中的NMMO与水混合,将纤维素溶解成粘性溶液,过滤该溶液后进行纺丝,纤维素就呈丝状凝固出来。纺丝和洗涤过程中产生的NMMO溶液进行纯化、溶缩后再循环利用。英国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伤口(如溃疡、烧伤等)的高级绷带。这是经化学改性而得的羧甲基纤维素制品,Courtaulds公司报道说,它与海藻酸纤维制品相似,可与伤口渗出液接触形成凝胶,提供非粘接性的润湿环境。3.3可生物降解纤维—生物降解合成纤维及织物用脂肪族聚酯可以制取生物降解纤维。如日本东京Showa高聚物有限公司与ShowaDenko株式会社研制了一种纱线,该纱线有较好的热稳定性和机械强度,并具有生物降解性。这种纱线所用的纤维就是以脂肪族聚酯为基础,通过二异氰酸酯改性制得。1992年,日本的Shimaclzn(岛津)公司研制成功可生物降解的塑料Lacty,继而与Kanebo(钟纺)公司合作开发了可生物降解的Lactron纤维。Lactron纤维是由玉米淀粉制成的一种可生物降解纤维。它首先利用淀粉发酵衍生出乳酸,接着以乳酸为原料聚合成Lactron纤维。据介绍,Lactron纤维具有尼龙般的韧性,单线拉伸强度为4.5~5.0g,可以用常规方法织制成纺织品,用作医学、服装、农业覆盖等材料。在一般环境或水中,大约一年时间内,可被微生物降解成CO2和H2O,并可采用不同方法,控制微生物降解的速度。聚己内酯纤维是目前价格较低的全微生物可降解合成高分子纤维,它所用的聚己内酯是环状单体己内酯。己内酯是利用有机金属化合物进行开环聚合而制得的脂肪族聚酯,它可以采用常规纺丝法制取单丝、复丝和短纤维。聚己内酯纤维的生物降解性和人造纤维相似,其产品不仅在土壤中能降解,而且在海水和活性污泥中也有很好的降解性。4藻酸纤维的应用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,以传统的纺织方法成纱、成布。随着科学技术的进步,各种新型的生物降解纤维及织物进入医疗领域。这些纤维、纱线和织物在传统应用基础上又增加了许多医疗功能,如止血、消炎等药物功能。随着非织造布技术的普及,采用这一新技术生产的纱布已开始取代传统的梭织纱布。在纱布的医疗功能上,目前又开发了止血纱布、不粘纱布和摄影纱布等新型产品。近年来,随着“湿疗”概念在伤口治疗中的建立及外科手术和伤口治疗实践的发展,已开发了许多高技术的伤口纱布、伤口绷带,可为伤口提供微湿的条件,有利于伤口的愈合,同时降低了成本。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构成羧基,具有凝集血小板的化学止血作用,进入人体后能降解为低分子物质排出体外。由于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润湿的凝胶,有利于伤口的愈合。藻酸纤维纱布或绷带在伤口愈合后容易去除,对于M含量较高的藻酸纤维纱布或绷带可用热盐水液冲洗,对于G含量较高的纱布或绷带即可整片去除,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。近年来藻酸纤维创口贴与绷带的用量正以每年40%的速度递增。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,比如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。利用甲壳素纤维制成缝合线,可开发出生物吸收性缝合线,这种缝合线无色而有光泽,有蚕丝手感,能在25天左右被人体吸收,因而疮面愈合好,减轻患者痛苦。这种缝合线还对胰液、胆汁等碱性消化液有良好的耐受性,更适合于这些部位的手术。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。临床实验表明,甲壳素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。如上所述,利用Lyocell纤维开发的Hydrocel的纤维,可用于制作治疗慢性伤口(如溃疡、烧伤等)的高级绷带。由于它可与伤口渗出液接触形成凝胶,提供非粘接性的润湿环境,而且Hydrocel比藻酸纤维具有更高的吸收性,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。聚己内酯纤维和Lactron纤维可以用机织、针织、非织造布形式做成手术服,以及其他一次性医疗用品,如口罩、手术帽等。手术服是一种主要的医用纺织品,它要求无菌、无尘和耐消毒,另外,还要求具有隔菌性和舒适性。传统的手术服一般采用棉织物,其在耐消毒性、耐洗涤性、抗静电性、抗撕裂性和舒适性等方面均能符合要求,但缺乏至关重要的隔菌性,因而新型的手术服的开发正向着淘汰棉制手术服的方向发展。5医疗领域的应用生物降解纤维与织物一般除具有生物降解性外还具有生物相容性,而且无毒,又有较高的亲水性,因而可以用作医疗纺织