新型紡織基外科清創刷的吸液特性

付譯鋆, 薛 雯, 孟思益, 王 璐

(1.東華大學 a. 紡織面料技術教育部重點實驗室; b. 紡織學院, 上海201620；2. 南通大學 紡織服裝學院， 江蘇 南通 226019)

新型紡織基外科清創刷的吸液特性

付譯鋆1a, 1b， 2, 薛 雯1a, 1b, 孟思益1b, 王 璐1a, 1b

(1.東華大學 a. 紡織面料技術教育部重點實驗室; b. 紡織學院, 上海201620；2. 南通大學 紡織服裝學院， 江蘇 南通 226019)

采用低溫等離子體技術對紡織基外科清創刷試樣進行表面改性處理, 以吸水率為評價指標, 分析影響清創刷吸液特性的主要因素.結果表明：清創刷的吸水率與底布紗線股數呈負相關, 而與絨纖維密度呈一定的正相關; 在氧氣氣氛、處理時間為3 min、放電功率為150 W條件下, 清創刷的吸液特性得到最大程度的改善; 等離子體處理改變了纖維的表面性能, 增加了試樣表面粗糙度和親水基團數量, 有利于改善清創刷的吸液特性.

紡織基外科清創刷; 吸液特性; 等離子體處理

隨著現代社會老齡化和工業化的發展, 皮膚創傷不僅嚴重威脅人類生活健康, 而且給社會經濟帶來了沉重的負擔, 是全世界共同關注的熱點問題[1].慢性難愈合創傷是指愈合時間長、機體功能紊亂且不能自發進行組織修復的傷口, 其中, 壓瘡、靜脈潰瘍和糖尿病足是最常見的3類慢性傷口[2].清創是傷口護理的首要環節, 主要是通過各種方法徹底去除傷口及其周圍皮膚表面的壞死組織、腐肉、痂皮及傷口滲出液等可能抑制或延緩傷口愈合的不利因素, 為新生組織和上皮細胞的形成提供清潔的微環境, 從而達到促進組織修復和愈合的目的[3].

目前, 臨床上常用的清創技術主要有自溶清創、酶解清創、生物清創、機械清創和外科手術清創.其中, 自溶清創周期較長, 酶解清創易引發過敏反應, 生物清創的患者接受度低, 機械清創往往需要借助復雜的設備, 手術清創操作復雜[4].因此, 國內外研究學者正在積極尋找、開發新的清創方法[5].筆者課題組設計制備了一種面向傷口清創的紡織基外科清創刷[6], 該材料具有雙面結構, 試樣正面由緊密排列的單纖維組成, 可對傷口進行清創處理, 是實現清創功能的重要組成部分; 試樣反面為針織線圈結構復合膠黏涂層, 主要是對絨纖維進行物理、化學固結, 提供充分的纖維固結力和良好的尺寸穩定性.

由于傷口周圍往往存在不同程度的傷口滲出液, 理想的清創刷應具備較好的吸液特性, 以便在清創處理中實現對傷口滲出液的充分吸收.本文采用低溫等離子體技術對清創刷進行表面改性處理, 并以吸水率為評價指標, 分析了織物結構規格、等離子體處理工藝以及纖維表面性能對試樣吸液特性的影響.

1 試 驗

1.1 試驗試樣

選用6種不同規格的紡織基外科清創刷(以滌綸纖維和長絲為原料, 針織而成的緯編絨織物, 以下簡稱清創刷)為試驗試樣. 各試樣具體規格參數如表1所示, 并以穩健醫療用品股份有限公司生產的醫用紗布為試驗對照樣.

表1 6種試樣的規格參數

1.2 等離子體表面改性處理

選用HD-300型低溫等離子體處理儀(常州中科常泰等離子體有限公司)對清創刷進行改性處理.試驗前, 先用丙酮溶液對試樣進行超聲清洗30 min, 再用蒸餾水充分漂洗, 之后將試樣放入真空干燥箱, 待試樣完全干燥后, 再進行等離子體表面改性.為了探索等離子體處理最佳工藝, 本文設計了3組試驗, 分別討論選用不同氣氛、處理時間以及放電功率對清創刷吸液特性的影響, 具體試驗參數設置如表2所示, 其中, 為便于比較, 1-3與3-2號試驗參數設置相同, 試驗編號不同.

表2 等離子體處理工藝參數

1.3 測試方法

1.3.1 吸液特性

參照文獻[7]中介紹的試驗方法, 以吸水率為評價指標, 對等離子體處理前后清創刷和醫用紗布對照樣的吸液特性進行測試, 分析試樣結構、等離子體處理工藝條件與吸液特性的關系.

1.3.2 纖維表面性能

借助TM-3000型掃描電子顯微鏡(SEM, 日立高新技術公司, 日本)觀察等離子體處理前后試樣絨纖維表面的微觀形貌變化， 并利用XSAM 800型X射線光電子能譜儀(Kratos Amicus)測試分析試樣表面化學結構的變化.

2 結果與討論

2.1 織物結構規格對吸液特性的影響

圖1 不同清創刷的吸水率Fig.1 Liquid absorption capacity of different textile debridement pads

6種不同結構的清創刷試樣的吸水率測試結果如圖1所示, 其中, 虛線為醫用紗布對照樣的吸水率.由圖1可知, 6種試樣的吸水率均顯著高于對照樣, 且6種試樣的吸水率存在較大的差異.在底布紗線股數相同的情況下, 隨著絨纖維密度的增加, 清創刷的吸水率呈上升趨勢.這是因為絨纖維密度的增加, 減少了試樣中纖維與纖維間的孔隙, 使得試樣單位體積內絨纖維數量增多, 增大了試樣的整體表面積, 利于吸收更多水分.另一方面, 在絨纖維密度相同的情況下, 底布紗線股數從2增加到3時, 試樣的吸水率表現出一定程度的下降.雖然底布紗線亦可吸收一定水分, 但底布紗線股數的增加, 也導致試樣質量的增加. 圖1結果表明, 底布紗線股數的增加, 對試樣自身質量的貢獻要大于對水分吸收的貢獻.因此, 3股底紗試樣的吸水率低于同類2股底紗試樣.綜上可知, 底布紗線股數的增加不利于清創刷吸水率的提高, 而試樣的吸水率與絨纖維密度呈一定的正相關.

2.2 等離子體處理工藝對吸液特性的影響

不同等離子體處理條件下清創刷H2試樣的吸水率測試結果如圖2所示.由圖2可知, 等離子體處理后, 試樣的吸水率均得到了顯著提升, 這表明等離子體處理可有效改善清創刷的吸液特性.文獻[8]研究表明, 在等離子體的作用下, 試樣表面產生了極性基團, 表面粗糙度有所增加, 因此宏觀上表現為吸水率的增加.

(a) 功率150 W

(b) O2氣氛處理3 min圖2 清創刷H2的吸水率 Fig.2 Liquid absorption capacity of textile debridement pad H2

2.2.1 氣氛的影響

從圖2(a)可以看出, O2氣氛等離子體處理后試樣的吸水率高于相同處理條件下氦氣等離子體處理后試樣的吸水率.這是由于本試驗所采用的是電容式耦合輝光放電產生的低溫等離子體, 低溫等離子體是部分電離氣體[9], 在放電過程中會產生不同形式的活性物質, 包括原子、電子、自由基、臭氧、亞穩定中性粒子以及紫外輻射等[10].由于氧氣是一種化學活性氣體, 而氦氣屬于惰性氣體.氧氣不僅可以產生離子轟擊和紫外輻射作用, 使得處理材料的高分子鏈段發生斷裂, 與此同時, 氧氣等離子體還可在高分子材料表面引入新的含氧極性基團, 增加材料的表面能[11].而惰性氣體反應環境中, 由于作用機制的不同, 氦氣等離子體不能在高分子材料表面引發新的化學官能團, 只存在離子轟擊和紫外輻射作用.因此, 相同處理條件下, 氧氣等離子體對清創刷吸液特性的改善效果優于氦氣等離子體.

2.2.2 處理時間的影響

從圖2(a)還可以看出, 當處理時間達到3 min后, 隨著時間的延長, 氧氣等離子體處理試樣的吸水率不再上升, 反而略有下降, 同樣的現象發生在氦氣等離子體處理環境下的4 min時.文獻[12]研究發現, 等離子體處理過程中會有大量活性粒子產生, 諸如電子、離子、自由基、光子以及激發態原子或分子, 其中, 高速電子對材料表面改性發揮著至關重要的作用.在放電功率恒定的條件下, 氣體的電離率隨時間的延長而提高, 進而不斷產生更多的高速電子, 提高等離子體處理的效果, 但當處理時間達到一定程度后, 高速電子的數量達到飽和, 將不再隨時間的延長而繼續增加, 處理材料的表面改性效果也將不再有所改善[13].因此, 延長處理時間可在一定程度上提高等離子體處理效果、改善清創刷的吸液特性, 但時間延長對清創刷吸水率的提高存在一定的極限值, 到達該極限值之后, 繼續延長處理時間, 試樣的吸水率將不再有顯著改善.

2.2.3 放電功率的影響

從圖2(b)可以看出, O2氣氛處理 3 min條件下, 放電功率對清創刷吸水率的影響表現出先上升后趨于平穩的趨勢.這是由于電子束轟擊在等離子體改性處理中起著重要作用, 在處理時間等其他工藝參數保持不變的前提下(本文中為O2氣氛處理3 min), 發生電離的氣體量隨放電功率的上升而增加, 但當功率高到一定程度后, 氣體電離率亦將達到一定極限值, 電離氣體數量將不再隨放電功率的上升而增加, 而是保持相對平穩狀態.因此, 隨著放電功率的提高, 清創刷的吸水率在起始階段呈現出顯著上升的趨勢, 達到最大值之后保持在相對穩定的水平.本試驗條件下(氧氣等離子體、處理時間3 min), 清創刷的吸水率在放電功率為150 W時達到最大值.

2.3 纖維表面性能對吸液特性的影響

2.3.1 表面微觀形貌

圖3所示為等離子體處理前后試樣表面SEM圖.由圖3可以看出, 未經處理的纖維表面相對光滑, 而氧氣等離子體處理后試樣表面相對粗糙, 且有縱向溝槽和顆粒狀物質產生.這可能是由于等離子體對試樣表面的物理刻蝕作用[14], 等離子體放電過程中產生大量的活性粒子, 這些粒子在運動過程中會對試樣表面進行轟擊[15], 導致試樣表面部分固體材料發生氣化[16], 形成圖3(b)所示的微小溝槽.另外文獻[17]研究表明, 等離子體處理會破壞高分子物質的化學鏈段, 生成新的小分子物質, 這些小分子殘留在試樣表面或被等離子體中的活性粒子包裹, 形成圖3(b)所示的白色微粒.

(a) 處理前 (b) 處理后圖3 等離子體處理前后試樣表面SEM形態Fig.3 Surface SEM images of samples before and after plasma treatment

2.3.2 表面化學結構

表3 等離子體處理前后試樣表面化學成分

(a) 處理前

(b) 處理后

表4 等離子體處理前后試樣表面官能團含量

3 結 論

(1) 織物結構影響清創刷的吸液特性, 試樣的吸水率與底布紗線股數呈負相關, 而絨纖維是紡織基外科清創刷水分吸收的主要承擔者, 且絨纖維密度的提高有利于改善試樣的吸液特性.

(2) 等離子體處理可顯著改善清創刷的吸液特性, 在O2氣氛、處理時間為3 min、放電功率為150 W條件下, 試樣的吸水率得到最大程度改善.

(3) SEM結果表明, 等離子體處理后, 清創刷纖維表面出現裂痕和細小顆粒; X射線光電子能譜結果表明,等離子體處理后試樣表面含氧基團百分比含量大幅提高.因此, 等離子體處理增加了試樣表面粗糙度和親水基團數量, 進而改善了紡織基外科清創刷的吸液特性.

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(責任編輯：于冬燕)

Liquid Absorption Property of a Novel Textile Debridement Pad

FUYijun1a, 1b, 2,XUEWen1a, 1b,MENGSiyi1b,WANGLu1a, 1b

(a. Key Laboratory of Textile Science & Technology, Ministry of Education; b. College of Textiles, 1. Donghua University, Shanghai 201620, China; 2. College of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong 226019, China)

Plasma treatment was performed to give a surface modification of the textile debridement pad. Influencing factors on liquid absorption property of the textile debridement pad were evaluated by measuring the water absorption capacity. Results show that there is a negative correlation between liquid absorption property and ground yarn number, while a positive correlation between liquid absorption property and pile density. The optimum effect is achieved under oxygen atmosphere at 150 W for 3 min. In addition, plasma treatment increases the surface roughness and introduces hydrophilic groups onto the fiber surface, which improves the liquid absorption property of the textile debridement pad.

textile debridement pad; liquid absorption property; plasma treatment

1671-0444 (2017)02-0186-05

2016-03-14

教育部高等學校學科創新引智計劃資助項目(B07024)；中央高校基本科研業務費專項基金資助項目(CUSF-DH-D-2014008)

付譯鋆(1989—)，女，河南鄭州人，博士研究生，研究方向為醫用紡織材料.E-mail: fyjviolin@163.com 王 璐(聯系人)，女，教授，E-mail: wanglu@dhu.edu.cn

TS 101.4

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