醫(yī)療用生物降解纖維及織物的開發(fā)與應(yīng)用

醫(yī)療用生物降解纖維及織物的開發(fā)與應(yīng)用

1醫(yī)療用生物降解纖維及織物近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一些新的植物纖維工具和織物也相繼開發(fā)。各種纖維制品在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用愈來愈廣,不僅大量用于醫(yī)療器具和器械,而且用作人體的各種器官或人體中臟器的補(bǔ)片。生物降解纖維及織物應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域,立即引起醫(yī)藥界的極大關(guān)注。因?yàn)檫@類纖維除具有很好的生物降解性外,還有生物相容性、生物活性和愈合傷口等功能。醫(yī)療用生物降解纖維及織物,除要有生物降解性外,一般還要求具有下列性質(zhì)。(1)化學(xué)性能呈惰性,纖維的物理機(jī)械性能不會因血液和生理液的影響而改變。(2)不發(fā)熱,不產(chǎn)生異物反應(yīng),不引起腫瘤或過敏反應(yīng),不破壞鄰近組織。(3)纖維無毒性且不產(chǎn)生毒性,能經(jīng)受各種消毒處理而不變質(zhì)。(4)易加工,便于使用;價格不高。此外,隨著這些纖維及織物用途的不同,它還應(yīng)具有某些特定的性能。2醫(yī)療纖維和紡織品的開發(fā)2.1織物組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般是指在一定時間內(nèi)在微生物作用下能自行降解的纖維及織物。它可以是機(jī)織物、針織物和非織造布等形式。其中,非織造布應(yīng)用將越來越廣泛,主要是由于其具有生產(chǎn)工藝流程短、原料適應(yīng)能力強(qiáng)、產(chǎn)品性能好和成本低廉等特點(diǎn)。2.2醫(yī)用紡織品的可生物量和可擴(kuò)充性能一般使用棉和粘膠纖維作為原料,以梭織方法制織。這些材料可以生物降解,具有高吸水性,但不能滿足現(xiàn)代醫(yī)療功能上的一些新要求。如傳統(tǒng)紗布給患者進(jìn)行換藥時,由于創(chuàng)面血液和分泌物的滲出,致使血肉和紗布粘連一體,干固結(jié)痂,從創(chuàng)面上取下紗布時會給患者帶來極大的痛苦和恐懼。又如傳統(tǒng)的手術(shù)縫合線大多為棉線和絲線,這些纖維制品不能被人體所吸收,因而傷口愈合后又要拆線,給患者帶來兩次痛苦。另外,大多數(shù)醫(yī)用織物是一次性使用的,這樣廢棄的醫(yī)療用織物,如果不能降解,勢必引起環(huán)境污染。因而,大力開發(fā)與應(yīng)用生物降解纖維與織物是非常重要的。3生物降解纖維和織物紡織法3.1高分子有機(jī)化合物nf纖維素是地球上現(xiàn)存的最大量的有機(jī)物,它是由β-1、4葡萄糖單元重復(fù)連接而成的直鏈狀高分子。自然界中,纖維素不斷地被千百種真菌、細(xì)菌和白放線菌(actinomycetes)等微生物所降解。棉、麻是可生物降解的天然纖維素纖維,傳統(tǒng)的醫(yī)療用纖維和織物主要以棉纖維為原料,以機(jī)織平紋組織制織紗布、繃帶等。3.2金屬基復(fù)合材料以天然聚合物為原料制得的可生物降解纖維屬于生物降解再生纖維。這類纖維及織物主要有藻酸纖維及織物,甲殼素纖維及織物,改性Lyocell纖維及織物。藻酸纖維主要由不溶性海藻酸鈣構(gòu)成,可通過最基本的紡絲工藝而制得,即由海藻酸鈉堿性濃溶液經(jīng)過噴絲板擠出后送入含鈣離子的酸性凝固浴中。海藻酸鈉與鈣離子發(fā)生離子交換,形成不溶于水的海藻酸鈣纖維,再進(jìn)行水洗、拉伸、烘干等一系列加工,隨后通過非織造生產(chǎn)工藝可制成紗布、繃帶等。M含量較高的海藻酸鈣纖維難以溶脹,而增加纖維中海藻酸鈉的含量可以提高纖維的吸收速率。為此,曾開發(fā)了一種工藝,即用鹽酸洗滌海藻酸鈉纖維以用氧離子取代部分鈣離子,再進(jìn)行碳酸鈉或氫氧化鈉處理,使氫離子被鈉離子取代。所取得的纖維為海藻酸鈣/海藻酸鈉纖維,其中水溶性的海藻酸鈉使這類材料比海藻酸鈣纖維繃帶具有更高的吸收能力。美國和日本開發(fā)了甲殼質(zhì)纖維及織物。調(diào)節(jié)組分的比例可改變降解速度,其纖維成分能夠完全生物分解。據(jù)統(tǒng)計(jì),自然界中每年生物合成的甲殼質(zhì)可達(dá)數(shù)十億噸,是一種十分豐富的自然資源,一般制取甲殼素纖維所選用的原料是食品加工廠廢棄的蟹甲殼。先將其浸入苯酮中除去色素,然后粉碎,用酸浸泡除去碳酸鈣,接著用堿浸泡以除去蛋白質(zhì),得到灰分在0.2%以下的甲殼素粉末。在甲殼素中加入氯甲烷、乙酸酐、冰乙酸及高氯酸共同反應(yīng),即得到甲殼素乙酸酯。將這種甲殼素衍生物溶解在三氯乙酸/三氯甲烷混合液中制成紡絲液,經(jīng)濕法紡絲、拉伸,完成纖維的全部制作,進(jìn)而可用機(jī)織、針織、非織造工藝制成織物。甲殼素纖維也可用殼聚糖經(jīng)濕法或干法紡絲制得。例如將甲殼素脫?；玫降牧顨ぞ厶侨芙庥谙〈姿嵋译宓幕旌弦褐?制成紡絲溶液。將此溶液過濾后注入到由50%的氫氧化鈉與乙醇按90∶10比例組成的凝固浴中,由此,可以得到甲殼素纖維,進(jìn)而制成織物。又如,英國Courtaulds公司、奧地利Lenzing公司、德國Akzo公司等開發(fā)了一種纖維素纖維Lyocell。Lyocell的生產(chǎn)一般采用纖維素直接溶解工藝,在特定條件下將纖維素溶于環(huán)狀叔胺氧化物N-甲基嗎啉-N-氧化物與水的混合物中。在這一工藝中,預(yù)處理好的漿粕同連續(xù)式混合器中的NMMO與水混合,將纖維素溶解成粘性溶液,過濾該溶液后進(jìn)行紡絲,纖維素就呈絲狀凝固出來。紡絲和洗滌過程中產(chǎn)生的NMMO溶液進(jìn)行純化、溶縮后再循環(huán)利用。英國Courtaulds公司在其Lyocell纖維生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,開發(fā)了一種稱為Hydrocel的纖維,可代替海藻酸鈣用于制作治療傷口(如潰瘍、燒傷等)的高級繃帶。這是經(jīng)化學(xué)改性而得的羧甲基纖維素制品,Courtaulds公司報(bào)道說,它與海藻酸纖維制品相似,可與傷口滲出液接觸形成凝膠,提供非粘接性的潤濕環(huán)境。3.3可生物降解纖維—生物降解合成纖維及織物用脂肪族聚酯可以制取生物降解纖維。如日本東京Showa高聚物有限公司與ShowaDenko株式會社研制了一種紗線,該紗線有較好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度,并具有生物降解性。這種紗線所用的纖維就是以脂肪族聚酯為基礎(chǔ),通過二異氰酸酯改性制得。1992年,日本的Shimaclzn(島津)公司研制成功可生物降解的塑料Lacty,繼而與Kanebo(鐘紡)公司合作開發(fā)了可生物降解的Lactron纖維。Lactron纖維是由玉米淀粉制成的一種可生物降解纖維。它首先利用淀粉發(fā)酵衍生出乳酸,接著以乳酸為原料聚合成Lactron纖維。據(jù)介紹,Lactron纖維具有尼龍般的韌性,單線拉伸強(qiáng)度為4.5~5.0g,可以用常規(guī)方法織制成紡織品,用作醫(yī)學(xué)、服裝、農(nóng)業(yè)覆蓋等材料。在一般環(huán)境或水中,大約一年時間內(nèi),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。聚己內(nèi)酯纖維是目前價格較低的全微生物可降解合成高分子纖維,它所用的聚己內(nèi)酯是環(huán)狀單體己內(nèi)酯。己內(nèi)酯是利用有機(jī)金屬化合物進(jìn)行開環(huán)聚合而制得的脂肪族聚酯,它可以采用常規(guī)紡絲法制取單絲、復(fù)絲和短纖維。聚己內(nèi)酯纖維的生物降解性和人造纖維相似,其產(chǎn)品不僅在土壤中能降解,而且在海水和活性污泥中也有很好的降解性。4藻酸纖維的應(yīng)用傳統(tǒng)的醫(yī)療紡織品如紗布、繃帶、縫合線、手術(shù)衣等,一般使用棉為原料,以傳統(tǒng)的紡織方法成紗、成布。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,各種新型的生物降解纖維及織物進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域。這些纖維、紗線和織物在傳統(tǒng)應(yīng)用基礎(chǔ)上又增加了許多醫(yī)療功能,如止血、消炎等藥物功能。隨著非織造布技術(shù)的普及,采用這一新技術(shù)生產(chǎn)的紗布已開始取代傳統(tǒng)的梭織紗布。在紗布的醫(yī)療功能上,目前又開發(fā)了止血紗布、不粘紗布和攝影紗布等新型產(chǎn)品。近年來,隨著“濕療”概念在傷口治療中的建立及外科手術(shù)和傷口治療實(shí)踐的發(fā)展,已開發(fā)了許多高技術(shù)的傷口紗布、傷口繃帶,可為傷口提供微濕的條件,有利于傷口的愈合,同時降低了成本。例如止血紗布是采用粘膠纖維針織物經(jīng)特殊的氯化處理而制成,所生成的氯化纖維素構(gòu)成羧基,具有凝集血小板的化學(xué)止血作用,進(jìn)入人體后能降解為低分子物質(zhì)排出體外。由于藻酸纖維具有獨(dú)特的離子交換性能,可與傷口的滲出液相互作用形成潤濕的凝膠,有利于傷口的愈合。藻酸纖維紗布或繃帶在傷口愈合后容易去除,對于M含量較高的藻酸纖維紗布或繃帶可用熱鹽水液沖洗,對于G含量較高的紗布或繃帶即可整片去除,而基本不會影響新愈合傷口表面的脆弱組織,因而成為理想的傷口包扎用品之一。近年來藻酸纖維創(chuàng)口貼與繃帶的用量正以每年40%的速度遞增。此外,藻酸纖維還可作為治療傷口藥物的載體以制備抗菌纖維,比如藻酸含銀纖維因生產(chǎn)簡單而比較受歡迎,這類纖維具有特殊的生物醫(yī)學(xué)性能。利用甲殼素纖維制成縫合線,可開發(fā)出生物吸收性縫合線,這種縫合線無色而有光澤,有蠶絲手感,能在25天左右被人體吸收,因而瘡面愈合好,減輕患者痛苦。這種縫合線還對胰液、膽汁等堿性消化液有良好的耐受性,更適合于這些部位的手術(shù)。藥理學(xué)研究表明,該類物質(zhì)可以抑制血中膽固醇含量,同時還具有一定的抗癌效果。臨床實(shí)驗(yàn)表明,甲殼素類人工皮膚具有刺激自身皮膚細(xì)胞的生長,加速傷口愈合,減少傷口疼痛的功能,因此具有很好的發(fā)展前景。如上所述,利用Lyocell纖維開發(fā)的Hydrocel的纖維,可用于制作治療慢性傷口(如潰瘍、燒傷等)的高級繃帶。由于它可與傷口滲出液接觸形成凝膠,提供非粘接性的潤濕環(huán)境,而且Hydrocel比藻酸纖維具有更高的吸收性,可達(dá)其自身重量的35倍,形成連續(xù)性較好的凝膠,從而易整片去除,便于更換繃帶,避免損傷新組織的生長。聚己內(nèi)酯纖維和Lactron纖維可以用機(jī)織、針織、非織造布形式做成手術(shù)服,以及其他一次性醫(yī)療用品,如口罩、手術(shù)帽等。手術(shù)服是一種主要的醫(yī)用紡織品,它要求無菌、無塵和耐消毒,另外,還要求具有隔菌性和舒適性。傳統(tǒng)的手術(shù)服一般采用棉織物,其在耐消毒性、耐洗滌性、抗靜電性、抗撕裂性和舒適性等方面均能符合要求,但缺乏至關(guān)重要的隔菌性,因而新型的手術(shù)服的開發(fā)正向著淘汰棉制手術(shù)服的方向發(fā)展。5醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用生物降解纖維與織物一般除具有生物降解性外還具有生物相容性,而且無毒,又有較高的親水性,因而可以用作醫(yī)療紡織