甲殼素纖維及其應(yīng)用

1、甲殼素纖維及其作用摘要 本文簡要介紹了甲殼素、甲殼素纖維的特性具體包括生物醫(yī)學(xué)性、可降解性、吸濕保溫性、可紡性。還介紹了甲殼素纖維的作用具體包括藥理方面和其它方面。其中典型的是防菌除臭、排毒、增強(qiáng)免疫力和綠色環(huán)保等。以及甲殼素纖維的發(fā)展和前景，對于人們對紡織纖維的功能方面的需要，該纖維有很大的發(fā)展?jié)摿ΑｊP(guān)鍵詞 甲殼素、甲殼素纖維、制備、特性Chitin fiber and Its ApplicationTANG YusiSchool of Textile and Apparel Institute, Jiang Nan University, Wu Xi, Jiang Su 214122Abs

2、tract This paper briefly introduces the characteristics of chitin, chitin fiber concrete including biomedical sex, degradable sex, moisture absorption heat preservation, spinning property. Also introduced chitin .Fiber role concrete including pharmacological aspects and other aspects. Among them is

3、typical germ-proof deodorant, detoxification, enhance immunity and green environmental protection, etc. And the development of chitin fibers and prospects, for people to the function of textile fibers needs, this fiber has great potential for growth. Key Words chitin; chitin fiber ; medical; feature

4、s地球上存在的天然有機(jī)化合物中，數(shù)量最大的是纖維素，其次就是甲殼素，前者主要由植物生成，后者主要由動物生成。估計自然界每年生物合成的甲殼素將近100億噸。甲殼素亦是地球上除蛋白質(zhì)外數(shù)量最大的含氮天然有機(jī)化合物。僅此兩點，就足以說明甲殼素的重要地位。隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，人們對紡織品的功能性更加重視。紡織品也與社會生活的其它方面聯(lián)系越來越緊密。紡織纖維的功能性研究也更加多樣化，紡織纖維的功能整理更加廣泛的實施。人們對紡織品抗菌衛(wèi)生整理廣泛用作醫(yī)院、賓館、家庭的床單、被套、毛毯、餐巾、毛巾、鞋里布、沙發(fā)布、窗簾布、醫(yī)用職業(yè)裝、食品和服務(wù)行業(yè)的工作服、軍隊的服裝以及繃帶、紗布等，具有重大的社會

5、意義。隨著甲殼素纖維的功能研究的擴(kuò)大，其特征和功能日益被發(fā)掘，該纖維產(chǎn)品用途日益廣泛。1甲殼素甲殼素是地球上僅次于纖維素的數(shù)量第二大的天然有機(jī)化合物，它主要由動物生成，廣泛存在于甲殼綱動物蝦和蟹的甲殼、昆蟲的甲殼、真菌（酵母、霉菌）的細(xì)胞壁和植物（如蘑菇）的細(xì)胞壁中，估計自然界每年生物合成的甲殼素將近100億噸。甲殼素亦是地球上除蛋白質(zhì)外數(shù)量最大的含氮天然有機(jī)化合物。甲殼素在自然界的存在，還有一個重要的方面往往被人忽視，那就是在自然界生長、繁衍著的含有甲殼素的各種各樣的生物，在其死亡腐爛后成為肥料的同時釋放出甲殼素，甲殼素在自然界經(jīng)受降解和脫乙酰基過程，產(chǎn)生不同分子量的甲殼素及不同分子量、不同

6、脫乙酰度的殼聚糖。在廣袤的田野、森林和大草原的土壤中，都有甲殼素和殼聚糖的存在；而在貧瘠的土壤和沙化的土壤中，則很少有甲殼素和殼聚糖的存在，這從一方面反映出甲殼素在自然界生態(tài)平衡中的重要性。甲殼類動物外殼的結(jié)構(gòu)材料就是甲殼素，它既有生理作用，又能保護(hù)機(jī)體防止外來機(jī)械性沖擊；同時，還具有吸收高能輻射的性能。在真菌的細(xì)胞壁中，甲殼素與其他多糖相連，在動物體內(nèi)，則是與蛋白質(zhì)結(jié)合成蛋白聚糖。蝦、蟹殼中的甲殼素與蛋白質(zhì)是共價結(jié)合，是以蛋白聚糖的形式存在的，同時伴生著碳酸鈣。甲殼素在蟹殼中呈纖維狀互相交錯或無規(guī)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并平行于殼面分層生長，蛋白質(zhì)以甲殼素為骨架，沿甲殼素層以片狀生長；無機(jī)鹽呈蜂窩狀多孔

7、的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，充填在甲殼素與蛋白質(zhì)組成的層與層之間的空隙中。甲殼素與蛋白質(zhì)之間共價結(jié)合以蛋白聚糖的形式存在，1955年Hackman證明甲殼素和N-乙酰氨基葡萄糖（甲殼素的殘?zhí)腔┠芘c氨基酸、肽和角蛋白反應(yīng)，得到穩(wěn)定的共價結(jié)合物，但這種結(jié)合物在某種pH條件下會分解1。2甲殼素纖維甲殼素纖維是利用高尖端生產(chǎn)技術(shù)將脫乙?；?8%以上的高純度甲殼胺通過濕式紡絲法生產(chǎn)的高純度甲殼胺纖維。生產(chǎn)工藝路線為:將蟹殼等制成甲殼素粉末, 然后溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲行纬杉徑z原液, 再通過紡絲頭擠出單纖維, 在凝固浴中凝固后, 洗滌烘干即成甲殼素纖維。其工藝流程如下:蟹殼-甲殼素-紡絲原液-儲筒-計量泵-噴絲-卷繞-烘

8、干-成品2因其直接將甲殼胺纖維化而成，能夠完善的發(fā)揮甲殼胺固有的機(jī)能，對人體毫無副作用，是極其安全性纖維。具有出色的抗菌性、除臭性，并在生體活性化及防靜電等方面具有卓越效果?？梢耘c棉、粘膠、滌綸、毛、麻、絲等纖維混紡成紗線，用作針織布、梭織布、毛巾布、無紡布以及其它醫(yī)用材料。產(chǎn)品有各種規(guī)格的甲殼素纖維、100%甲殼素紗線、甲殼素混紡紗、甲殼素針織布、甲殼素機(jī)制布、甲殼素毛巾布等，在醫(yī)用材料方面的產(chǎn)品有甲殼素加工的人工皮膚、止血棉、止血紗布、甲殼素創(chuàng)可貼等醫(yī)用敷料。3甲殼素纖維的特征3.1生物醫(yī)學(xué)性甲殼素的大分子結(jié)構(gòu)與人體內(nèi)的氨基葡萄糖的構(gòu)成相同，而且具有類似于人體骨膠原組織結(jié)構(gòu)，這種雙重結(jié)構(gòu)賦

9、予了它們極好的生物醫(yī)學(xué)特性：即它對人體無毒無刺激，可被人體內(nèi)的溶菌酶分解而吸收，與人體組織有良好的生物相容性，它具有抗菌、消炎、止血、鎮(zhèn)痛、促進(jìn)傷口愈合等功能3。因此，甲殼素和殼聚糖是理想的醫(yī)用高分子材料，廣泛用于制造特殊的醫(yī)用產(chǎn)品。國外，尤其是日本和美國已用它來制造人造皮膚、可吸收縫合線、血液透析膜和藥物緩釋劑以及各種醫(yī)用敷料等。3.2可生物降解性由于制造甲殼素纖維的原料一般采用蝦、蟹類水產(chǎn)品的廢棄物，一方面這可減少這類廢棄物對環(huán)境的污染，另一方面甲殼素纖維的廢棄物又可生物降解，不會污染周邊環(huán)境，所以甲殼素纖維又被稱為綠色纖維。3.3優(yōu)良的吸濕保溫性由于甲殼素纖維在其大分子鏈上存在大量的羥基

10、（OH）和氨基（NH2）等親水性基團(tuán)，故纖維有很好的親水性和很高的吸濕性。甲殼素纖維的平衡回潮率一般在12%16%之間，在不同的成形條件下，其保水值均在130%左右4。3.4較好的可紡性目前國內(nèi)生產(chǎn)的甲殼素、殼聚糖纖維具有較好的可紡性。但與棉纖維相比，甲殼素纖維線密度偏大，強(qiáng)度偏低，在一定程度上影響了甲殼素纖維的成紗強(qiáng)度。在一般條件下用甲殼素纖維進(jìn)行純紡還有一定困難，通常采用甲殼素纖維與棉纖維或其他纖維混紡來改善其可紡性。隨著甲殼素原料及紡絲工藝的不斷改進(jìn)，纖維線密度和強(qiáng)度將會進(jìn)一步提高，用它可開發(fā)出各種甲殼素純紡或混紡產(chǎn)品。此外，甲殼素纖維由于吸濕性良好，具有優(yōu)良的染色性能，可采用直接、活性

11、、還原、堿性及硫化等多種染料進(jìn)行染色，且色澤鮮艷。甲殼素與殼聚糖纖維可紡成長絲或短纖維兩大類。長絲用于捻制醫(yī)用縫合線，免除病人拆線痛苦，或切成一定長度的短纖維，紡成紗線，用做紡織材料;短纖維以無紡布形式制作醫(yī)用敷料,用于治療各種創(chuàng)傷,如燒傷、燙傷、凍傷及其他外傷，有促進(jìn)傷口愈合和消炎抗菌作用。甲殼素纖維輕紡紗、織布加工成各種功能性產(chǎn)品，如保健針織內(nèi)衣、放臭襪子、不黏毛巾、保健嬰幼兒服、抗菌休閑服、抗菌防臭床上用品、抑菌醫(yī)用護(hù)士服；也可加工成各種救護(hù)用品，如繃帶、紗布、急救包等5。4甲殼素纖維的作用4.1藥理作用4.1.1 除臭、生態(tài)抑菌甲殼素纖維是自然界中的唯一的陽離子性纖維，其所帶陽離子與構(gòu)

12、成細(xì)菌細(xì)胞壁的唾液酸(SIALIC或磷脂質(zhì)陰離子發(fā)生離子結(jié)合，通過正負(fù)電荷相互作用，吸附在細(xì)菌細(xì)胞表面產(chǎn)生穿刺作用，滲透到細(xì)菌細(xì)胞壁內(nèi)，阻礙遺傳因子從DNA到RNA的轉(zhuǎn)移，造成細(xì)菌細(xì)胞代謝的紊亂，導(dǎo)致細(xì)菌死亡，同時，甲殼素纖維能誘導(dǎo)細(xì)菌自身產(chǎn)生甲殼酶，促使細(xì)菌細(xì)胞壁分解而抑制細(xì)菌細(xì)胞生長，可以抑制葡萄狀球菌和綠膿菌等細(xì)菌的增殖，以及鐮刀菌等霉菌的生育。甲殼素纖維與棉花混紡針織布經(jīng)醫(yī)學(xué)檢測其對金葡萄、大腸桿菌、白色念珠菌的抑菌率均高達(dá)99%以上，最小生育阻止?jié)舛葹?0毫克/公斤，顯示出極高的抗菌性。除此以外，還有最重要的一點就是甲殼素纖維能增強(qiáng)溶菌酶活性。人體皮膚隨著出汗能分泌一種溶菌酶，能殺滅

13、多種致病菌，甲殼素纖維直接接觸皮膚，在起到抑菌作用的同時可將溶菌酶活性化,活性平均增加至原來的1.52.0倍6，可殺滅霉菌、真菌等多種致病菌，多管齊下，可從根本上徹底去除由霉菌、真菌引發(fā)的體臭、汗臭、腳臭。皮膚存在微生態(tài)環(huán)境，微生態(tài)平衡是皮膚健康的核心。任何細(xì)菌只要其沒有惡性繁殖到一定程度，就不會對皮膚造成傷害，皮膚不宜處在無菌的真空狀態(tài)下，對皮膚表面存在的細(xì)菌不能一概殺滅。甲殼素纖維的抗菌模式是諸多抗菌方法中最科學(xué)合理的。4.1.2促進(jìn)傷口愈合和止血性溶菌酶活性的提升，能同時阻止血纖維蛋白束的形成，抑制結(jié)締組織細(xì)胞增生和膠蛋白的合成，同時能促進(jìn)表皮細(xì)胞的生長和傷口組織的再生，提高傷口愈合速度

14、，使皮膚傷口愈合產(chǎn)生較小的傷疤或無疤痕。同時甲殼素纖維具有聚集血小板作用，能明顯縮短止血時間，具有良好的止血效果。4.1.3排毒降壓和減肥甲殼素纖維接觸皮膚的時候，能通過毛孔吸附耦合體內(nèi)的陰離子（膽固醇、農(nóng)藥、化學(xué)色素、重金屬離子），將之吸出體外，達(dá)到排毒的效果。吸附導(dǎo)致高血壓病變的主要因素氯離子，可防治高血壓，起預(yù)防效果。降低體內(nèi)膽固醇含量，去除多余脂肪，可起到一定減肥效果4.1.4增強(qiáng)免疫力、抗癌性甲殼素與人體皮膚中分泌出的溶菌酶相互反應(yīng)，其產(chǎn)物葡萄糖胺被皮膚吸收后能激活單核單核巨噬細(xì)胞和淋巴球細(xì)胞（NK）活性功能，可以提高皮膚的免疫力，預(yù)防皮膚癌的發(fā)生7。4.2 其他作用4.2.1綠色環(huán)

15、保甲殼素纖維是天然纖維，其成分是氨基多糖，無毒、無味、無刺激性、無副作用，化學(xué)性質(zhì)和生物性質(zhì)與人體組織接近，其制品與人體不存在排斥問題，廢棄后可被微生物分解。完全符合現(xiàn)代人類對紡織品綠色、安全、環(huán)保的要求。4.2.2 保濕甲殼素的氨基和羥基是具有高親水性的天然物質(zhì)，每個化學(xué)殘基的單位電荷及極性基的密度非常大，從而具有超強(qiáng)的保濕能力，其回潮率可達(dá)15%以上，保濕能力比純棉制品高出7倍，皮膚接觸感覺順滑、柔軟、濕潤。4.2.3 嫩膚人體皮膚分泌的溶菌酶除了殺菌以外還有活化細(xì)胞、促進(jìn)皮膚再生的功能。溶菌酶活性的提高既可阻止由細(xì)菌孽生引發(fā)的皮膚毛空粗大，又可活化細(xì)胞、促進(jìn)新陳代謝，雙效作用，可使皮膚變

16、得細(xì)膩而有彈性8。4.2.4抗靜電甲殼素纖維由于其本身帶天然正電荷兼具保濕性，能使纖維表面電壓由1500伏降到800伏以下.可有效抗擊靜電。5甲殼素纖維的發(fā)展前景隨著物質(zhì)生活水平的提高，人們對紡織品的要求不再局限于保暖、舒適等原有的基本特性。根據(jù)紡織品的不同用途，人們還希望其具有保健、安全等特殊功能，如抗菌、防螨、負(fù)離子、遠(yuǎn)紅外、防紫外線、防毒、阻燃、防電磁波輻射、磁療、香味、吸濕排汗、防油防水等。功能織物廣泛用于家用紡織品、運(yùn)動和休閑服裝、環(huán)境與健康紡織品、裝飾和產(chǎn)業(yè)用紡織品、國防建設(shè)和尖端科學(xué)等領(lǐng)域?？咕l(wèi)生整理廣泛用作醫(yī)院、賓館、家庭的床單、被套、毛毯、餐巾、毛巾、鞋里布、沙發(fā)布、窗簾布

17、、醫(yī)用職業(yè)裝、食品和服務(wù)行業(yè)的工作服、軍隊的服裝以及繃帶、紗布等，具有重大的社會意義。 近30年來，甲殼素在臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥生物材料和組織工程材料方面顯示出了多方面的作用，甚至取得了許多意想不到的效果。殼聚糖能被人體吸收利用，與人體的組織器官及細(xì)胞有良好的生物相容性，無毒，具有生物降解性，降解過程中產(chǎn)生的殼聚糖在體內(nèi)不積累，幾乎無免疫原性，同時具有多種生物活性。甲殼素具有資源豐富、價格便宜、安全無毒、生物相容性等優(yōu)點, 應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊,因而在生物醫(yī)療工程上具有極大的發(fā)展?jié)摿?。利用甲殼素的液晶? 可開發(fā)研究更多液晶紡紙, 以提高纖維的強(qiáng)度和應(yīng)用范圍。由甲殼素纖維制的可收手術(shù)縫合線、人工皮膚和醫(yī)

18、用敷料等產(chǎn)品將朝著性能提高、種類增多、價格低廉、使用方便、美觀無痛的方法改進(jìn), 它們必將在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展更大的作用。5 結(jié)論隨著甲殼素纖維功能日益被人們發(fā)掘，其特征日益被人們掌握，其功能在醫(yī)療方面的作用日益顯著。作為諸多抗菌方法中最科學(xué)合理的抗菌模式的甲殼素纖維可加工成各種功能性產(chǎn)品，如保健針織內(nèi)衣、放臭襪子、抗菌防臭床上用品、抑菌醫(yī)用護(hù)士服；也可加工成各種救護(hù)用品，如繃帶等。參考文獻(xiàn)1 劉流,劉曉嵐,等. 甲殼素、殼聚糖在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用J. 遼寧化工,2001(12 :5375402 潘華先,程定超. 醫(yī)用敷料的發(fā)展及概況J. 國外醫(yī)學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程分冊,1994,17(4 :2062103 S. 阿達(dá)納主編 威靈頓