基于天然材料的多孔纖維型創傷敷料

王康建,陳一寧,劉才容,劉曉東,張 毅

(1.四川省纖維檢驗局,四川 成都610015;2.四川大學 生物質與皮革工程系,四川 成都610065;3.成都紡織高等專科學校,四川 成都611731)

長期以來,由于擦傷、創傷、燒傷、手術切口、糖尿病潰瘍等原因導致皮膚受到損傷的事件多有發生。傷口愈合、組織修復是一個復雜的過程,創傷敷料在這一過程中發揮著重要的作用,敷料作為暫時性皮膚替代物可起到保護創面、止血、防止感染等作用,同時還可能具有固定作用。傳統敷料,如紗布、棉墊、繃帶等,一般用于覆蓋創面及被動吸收傷口滲出物,只能為創面提供有限的保護,僅可起到物理保護作用,對創面無促進愈合作用,這也導致創面生物敷料應運而生。理想的敷料應當是能夠為愈合創造適宜的環境,具有良好的表面活性,有利于促進組織修復,又具有一定的防護功能,能夠防止環境中微生物侵入[1-3]。在敷料組成上,天然生物材料具有細胞信號識別、促進細胞增殖和分化、良好的生物相容性等特點,因而顯示出巨大優勢。此外,在敷料形態方面,多孔纖維型材料由于其內部多有孔隙結構,相互交織的網絡狀結構,一般具有較大的比表面積、良好的透水汽性、良好的吸附液體的能力、一定的力學性能,因而在敷料領域應用廣泛。

1 植物源纖維型敷料

1.1 海藻酸基敷料

海藻酸(alginate)是由甘露糖醛酸和葡萄糖醛酸單位組成的線性多糖,分子量從1～60萬不等。海藻酸具有良好的親水性和生物相容性,并且生物降解性好,在愈合過程中,被生物降解在滲液內,創面上無殘留[4]。海藻酸鹽無紡布敷料常用于表皮傷口,海藻酸鹽纖維用于填充深的傷口。李建全等[5]通過選用適當甘露糖醛酸和古羅糖醛酸比例的海藻酸原料,采用濕法紡絲工藝及針刺技術,制備得到同時具有高完整性和高凝膠性的海藻酸敷料。此外,海藻酸基的靜電紡納米纖維膜也被用于敷料。Safi等[6]采用靜電紡絲法制備了海藻酸/聚乙烯醇復合納米纖維,證明了該混合溶液的可紡性,結果表明,該納米纖維膜可以更好地加快傷口愈合,是一種效果理想的傷口敷料。海藻酸鈣纖維膜傷口敷料具有較強的傷口滲出液吸收性、止血性、清創作用和將細菌固定在海藻酸鈣纖維中間和非黏附性等特點[7],近些年通常將其與其他有機或無機材料混紡以進一步提高纖維膜的傷口敷料性質[8]。例如,將鹽酸莫西沙星、聚乙烯醇和海藻酸混紡制備的納米纖維膜,可以提高敷料的抑菌性[9]。

1.2 纖維素基敷料

纖維素是以葡萄糖為單元,由β-1,4-糖苷鍵連接而成的多糖,提取自多種植物以及微生物中,分子量為5～250萬[10]。納米纖維素適合于制作成各種膜材料用于創面敷料上,特別是作為基礎性的支撐或固定結合其他材料混合使用[11]。另一方面,通過在纖維素基架上引入一定比例的羧甲基基團,形成羧甲基纖維素(car boxy methyl cellulose),可使纖維素獲得溶解性[12]。親水性纖維膜即是由親水性的羧甲基纖維素鈉、殼聚糖等材料制備而成的超細纖維無紡布。對纖維素進行氧化可獲得氧化纖維素,氧化纖維素是一種實用且有效的止血劑,作為傷口敷料,尤為適合治愈慢性傷口持續發炎階段[13]。Mittal等人[14]將氧化再生纖維素止血紗布縫合在膀胱和尿道黏膜之間,用以研究其對膀胱頸瘺疾病的鞏固治療的效果,結果表明該材料具有止血、抑菌的效果,一段時間后可自行降解,認為其是一種理想的臨時封閉材料。

1.3 其他植物源敷料

果膠是一類天然的聚陰離子多糖,陳賽楠等[15]采用靜電紡絲法制備了果膠酸鈣納米纖維膜,并將其與海藻酸鈣納米纖維膜和殼聚糖納米纖維膜進行對比,發現靜電紡果膠酸鈣納米纖維膜與它們具有相當的強度和透氣性,能以更快的速度吸收更多的液體,且更有效地抑制細菌的生長,是一種很有發展前景的傷口敷料。此外,還有以果膠、魔芋葡甘聚糖或玉米淀粉為原料的交聯型二醛多糖納米纖維膜,取得一定效果。苧麻纖維,含有叮嚀、嘧啶、嘌呤等有益元素,具有抑菌、透氣、涼爽、防腐、防霉等功能,是世界公認的“天然纖維之王”[16],苧麻基的復合纖維具有良好的力學性能,應用廣泛。劉曉東等[17]開發了一種苧麻經編三維立體結構的醫用敷料,具有優越的穩定性和成型性,不易走形,便于使用,同時具有抗菌的功效,有較高的實用價值。王樹源等[18]以漢麻纖維為原料,通過水刺復合技術進行漢麻黏膠復合,再通過藻酸鹽凝膠整理制備出一種具有良好微孔結構的漢麻基海藻酸鈣復合醫用敷料,結果顯示該敷料具有較好的保濕、抗菌、止血防粘聯作用。可見,麻纖維由于其中空多孔的形態結構使其具有一定的優勢,此外,麻類纖維如亞麻、苧麻、大麻、黃麻等都具有天然的抗菌和抑菌功能及一定的保健作用,使其在敷料領域中具有一定的應用前景[19]。

2 動物源纖維型敷料

2.1 殼聚糖基敷料

殼聚糖(chitosan),(1,4)-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖,是甲殼素脫乙酰的產物。殼聚糖是自然界中唯一帶正電多聚糖胺,具有良好的生物相容性,無免疫排斥反應,可生物降解,且降解產物對人體無毒無害,并具有一定的廣譜抗菌/抑菌性、止血性能,被廣泛應用于創傷敷料、藥物載體、組織工程支架等醫藥領域[20],殼聚糖材料包容性好,可以和各種材料相互兼容。殼聚糖纖維膜通常是將殼聚糖溶于適宜的溶劑通過紡絲技術制備而成[21]。殼聚糖纖維膜用作傷口敷料具有一定的止血性、抑菌性和良好的黏附性質[22],通過在殼聚糖紡絲液中加入銀或抗生素可進一步提高其抗菌抑菌性,例如,將殼聚糖、聚乙烯醇、蜂蜜、大蒜和醉蝶花提取物混紡,最終獲得具有較好抑菌效果且副作用小的傷口敷料[23];將海藻酸、殼聚糖和銀混紡,獲得抑菌性和吸液、保水性較好的纖維膜[24]。

2.2 膠原基敷料

膠原是細胞外基質的主要組成部分,是動物體內含量最多、分布最廣的蛋白質,因具有良好的生物相容性,較低的免疫原性,在生物醫用材料中應用廣泛[25]。沈先榮等[26]以膠原蛋白為原料,采用靜電紡絲技術制備靜電紡絲膜,復合以海藻酸鹽膜、彈性防水膜等原料制備出具有防海水浸泡、抗感染、促愈合、鎮痛、止血功效的應急救治醫用材料。陳臘梅等[27]以聚己內酯、膠原、莫匹羅星等為原料利用同軸靜電紡絲制備了具有核殼結構納米纖維未交聯敷料,通過京尼平將膠原外殼交聯后得到交聯敷料,結果表明未交聯型敷料具有更好的細胞相容性,2種納米纖維敷料均具有優良的抗菌抑菌性能。此外,以膠原為主要成分的細胞外基質材料,如脫細胞真皮基質,其纖維縱橫交錯,具有天然的孔隙結構,用作傷口敷料,取得了良好的效果。

2.3 其他動物源敷料

絲素主要由非極性氨基酸組成,是一種不溶于水的天然纖維蛋白,擁有較優的力學性能、良好的生物相容性、可降解性高,以絲素為基材的傷口敷料被廣泛應用于傷口治愈[28]。鮑韡韡等[29]采用靜電紡制備再生絲素/明膠納米纖維,結果表明該材料具有良好的細胞相容性。彈性蛋白是一種細胞外基質蛋白,可為皮膚增添彈力和恢復力,但具有高度交聯,不溶于水的特點,限制了其在生物材料領域的應用,有研究者將其與絲素復合,經京尼平交聯制備得到具有仿生結構的多孔支架敷料材料,取得一定效果[30]。

3 結語

天然來源的材料,具有無毒、免疫抗原性小、不含有機溶劑、良好的吸收性和生物相容性的優點,對該類材料進行適當改性、搭配和接不同特性的適配,輔以合理的成型方法與技術(如紡絲),能夠實現材料性能的互補,可得到機械性能好、生物相容性好、吸收性能好的敷料,在一定程度上,可加快傷口愈合。此外,還可以在復合敷料中添加具有功能化作用(如抗菌)的材料,制得藥物性敷料,不但可以減少創面感染,還能起到治療傷口、抗菌抑菌的作用。此外,創傷敷料的三維微孔結構和一定的機械性能在敷料誘導皮膚組織再生方面有至關重要的協同作用[31]。以天然材料為基材的纖維類敷料具有較大的優勢,在創傷敷料領域具有較大的發展前景。

參考文獻:

[1] 田建廣,夏照帆.創面敷料的研究進展[J].解放軍醫學雜志,2003,28(5):470-471.

[2] CHERN P L,BAUM C L,ARPEY C J.Biologic dressings:current applications and li mitations in der matologic surgery[J].Der matologic Surgery,2009,35(6):891-906.

[3] LINEEN E,NA MIAS N.Biologic dressing in bur ns[J].Jour nal of Craniofacial Surger y,2008,19(4):923-928.

[4] T HU H E,ZULFAKAR M H,NG S F.Alginate based bilayer hydrocolloid fil ms as potential slow-release modern wound dressing[J].International Journal of Phar maceutics,2012,434(1-2):375.

[5] 李建全,陶 榮,王 歡,等.海藻酸醫用敷料的制備與開發[J].非織造布,2013,(3):92-94.

[6] SAFI S,MORSHED M,RAVANDI S A H,et al.Study of electrospinning of sodiu m alginate,blended solutions of sodiu m alginate/poly(vinyl alcohol)and sodiu m alginate/poly(ethylene oxide)[J].Jour nal of Applied Poly mer Science,2007,104(5):3 245-3 255.

[7] LEE K Y,MOONEY D J.Alginate:properties and biomedical applications[J].Progress in Poly mer Science,2012,37(1):106.

[8] 樊亞男,蔡志江,趙孔銀.靜電紡絲制備海藻酸鈉基復合納米纖維的研究進展[J].高分子通報,2013,(11):70-75.

[9] FU R,LI C,YU C,et al.A novel electrospun me mbrane based on moxifloxacin hydrochloride/poly(vinyl alcohol)/sodiu m alginate for antibacterial wound dressings in practical application[J].Drug Delivery,2016,23(3):1-12.

[10]湯衛華,賈士儒,賈原媛,等.納米生物材料細菌纖維素在醫學領域的應用研究[J].生物醫學工程學雜志,2014,(4):927-929.

[11]CZAJA W K,YOUNG D J,KA WECKI M,et al.The f uture prospects of microbial cellulose in bio medical applications[J].Bio macro molecules,2007,8(1):1-12.

[12]秦益民.制作醫用敷料的羧甲基纖維素纖維[J].紡織學報,2006,27(7):97-99.

[13]CULLEN B,SMIT H R,MCCULLOCH E,et al.Mechanis m of action of PROMOGRAN,a protease modulating matrix,for the treat ment of diabetic foot ulcers[J].Wound Repair and Regeneration,2002,10(1):16.

[14]MITTAL S,SHARMA J B,GUPTA N.Successf ul closure of a bladder neck fist ula co mplicated by urethral and vaginal stenosis,using oxidized cellulose(Surgicel)for reinforcement[J].International Urogynecology Journal,2006,17(4):426-428.

[15]陳賽楠.靜電紡多糖納米纖維的制備和作為傷口敷料的應用研究[D].長春:東北師范大學,2017.

[16]趙洪濤,李初英,黃其椿,等.苧麻多用途研究進展及廣西苧麻產業發展方向[J].中國麻業科學,2014,(2):105-109.

[17]成都紡織高等專科學校.一種苧麻經編三維立體結構的醫用敷料:201620792943.7[P].2017-07-14.

[18]王樹源.漢麻基海藻酸鈣復合醫用敷料的制備及性能研究[D].上海:東華大學,2014.

[19]防 致.新型紡材受關注 綠色環保纖維前景大[J].全國商情(綜合版),2001,(1):20.

[20]T HOMAS V,YALLAPU M M,SREEDHAR B,et al.Fabrication,characterization of chitosan/nanosilver fil m and its potential antibacterial application[J].Journal of Biomaterials Science Poly mer Edition,2009,20(14):2 129-2 144.

[21]SONINA A N,USPENSKII S A,VIKHOREVA G A,et al.Production of nanofiber materials fro m chitosan by electrospinning(review)[J].Fibre Chemistry,2010,42:350-358.

[22]KONG M,CHEN X G,XING K,et al.Anti microbial properties of chitosan and mode of action:a state of the art review[J].Inter national Jour nal of Food Micr obiology,2010,144:51-63.

[23]SARHAN W A,AZZAZY H M E,ELSHERBINY I M.Honey/chitosan nanofiber wound dressing enriched with alliu m sativu m and cleo me droserifolia:enhanced anti microbial and wound healing activity[J].Acs Appl Mater Interfaces,2016,8(10):6 379-6 390.

[24]MOKHENA T C,LUYT A S.Electrospun alginate nanofibres i mpregnated with silver nanoparticles:preparation,mor phology and antibacterial pr operties[J].Car bohydrate Poly mers,2017,165:304-312.

[25]周麗珍,陳 玲,李 琳,等.膠原蛋白的制備及用作生物醫用材料的研究進展[J].中國醫藥工業雜志,2004,35(12):761-763.

[26]沈先榮,王 璐,吳文惠,等.膠原蛋白靜電紡絲防水修復膜的研制[C]//中國生物化學與分子生物學會.全國海洋與陸地多糖多肽及天然創新藥物研發學術會議論文集,2015.

[27]陳臘梅,曹 婕,葉 霖,等.同軸靜電紡絲法制備具有核-殼纖維結構的多功能敷料[J].高等學校化學學報,2016,37(3):600-606.

[28]高保東,張 巖,唐文超,等.絲素基傷口敷料研究進展[J].紡織學報,2016,37(7):162-168.

[29]鮑韡韡,王曙東,張幼珠,等.靜電紡再生絲素/明膠納米纖維的結構與性能[J].紡織學報,2008,29(3):1-4.

[30]VASCONCELOS A,GOMES A C,CAVACOPAULO A,et al.Novel silk fibroin/elastin wound dressings[J].Acta Biomaterialia,2012,8(8):3 049-3 060.

[31]程 鳳,賀金梅,李紀偉,等.殼聚糖基抗菌型創傷敷料的研究進展[J].高分子通報,2016,(7):46-52.