藻酸鹽/活性炭纖維復合敷料的制備及性能研究

吳帥 劉哲 劉錦明 鄺榮康 蒲祖楊

摘 要：通過非織造布技術制備出純藻酸鹽纖維敷料、純活性炭纖維敷料以及藻酸鹽/活性炭纖維復合敷料，分別測定其吸液量、保濕性、吸附/脫附性、力學性能和抑菌性并進行對比研究。結果表明：復合纖維敷料在吸液量和保濕性方面優于純活性炭纖維敷料，與純藻酸鹽纖維敷料相當;復合纖維敷料在吸附/脫附性和抑菌性優于純藻酸鹽纖維敷料，與純活性炭纖維敷料相當;在濕態力學性能方面，復合纖維敷料均優于純藻酸鹽纖維敷料和純活性炭纖維敷料，是較為理想的新型功能性創面敷料。

關鍵詞：藻酸鹽纖維;活性炭纖維;吸液性;抑菌性;保濕性

一個“理想”創面護理敷料應保持創面的濕潤環境，與傷口接觸時，允許氣體（H2O）交換，屏障微生物抗感染，并應吸收多余的滲出物。它還必須無毒、無過敏性，易于去除，不會造成任何額外的病變或疼痛。[1]藻酸鹽纖維敷料就具有以上幾種性能包括生物相容性、低毒性、低免疫原性以及保持創面濕潤性等，但其不具有屏蔽微生物抗感染的特性，無法防止創面感染，并且針對感染后有異味的創面無法去除異味。[2]因此，如何提高藻酸鹽纖維敷料的抗感染性以及氣味控制性成為研究重點。活性炭纖維因其具有良好的吸附性能以及抑菌性，[3]被廣泛用于創面護理，但其滲液吸收性以及創面保濕性不佳，無法滿足臨床需要。本研究采用非織造布技術將藻酸鹽纖維與活性炭纖維進行紡織成復合纖維敷料，觀察其相關性能，旨在進一步探索理想創面敷料的研制。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

纖維：黑竹炭纖維，湖南創純新材料科技有限公司;藻酸鹽纖維，青島海賽爾新材料科技有限公司。

菌種：EC（大腸桿菌，ATCC25922），SA（金黃色葡萄球菌，ATCC6538），PSA（白色念球菌，ATCC10231），廣東環凱微生物有限公司。

細胞：L-929小鼠成纖維細胞，廣州吉妮歐生物科技有限公司。

儀器：電熱恒溫培養箱;二氧化碳培養箱;倒置熒光顯微鏡;全自動酶標儀;萬能試驗機。

1.2 實驗方法

1.2.1 敷料制備方法

分別稱取純束狀黑竹炭纖維、純藻酸鹽纖維以及束狀黑竹炭纖維和藻酸鹽纖維（2∶1和1∶2）混合纖維，放入開松機中進行開松處理，通過開松機除去纖維中一部分雜質并且將束狀纖維盡量打散成單纖維，經過兩次開松后，混合成散狀的纖維進入壓棉箱中加工成均勻的筵棉，筵棉再進入梳理機加工成薄薄的單層纖維網，單層纖維網經過鋪網機重復疊鋪成蓬松的纖維網，然后通過預刺和倒刺工序對蓬松纖維網進行加固提升復合纖維敷料的力學性能，最后與防粘PE膜、背襯和離型紙進行復合、裁剪，即可得純活性炭纖維敷料、純藻酸鹽纖維敷料和復合纖維敷料。

1.2.2 吸液量實驗

按照YY/T 0471-2004[4]進行吸液量測定實驗，稱取8.298g NaCl和0.368g CaCl2·2H2O置于容量瓶中，先用少量去離子水溶解，然后定容至l L，配制成試驗液A。將各敷料分別裁成5cm×5cm大小，分別稱量其質量，記為m0。將敷料分別置于已標號的直徑為（90±5）mm的培養皿中，稱取預熱至（37±1）℃、質量為被測敷料樣品40倍的試驗液A分別置于對應的培養皿中，在（37±1）℃下維持30min后，用鑷子夾住敷料樣品的一端或一角在空中懸垂30s，分別稱量敷料樣品的質量，記為m1。計算單位面積敷料的吸液量，見如下公式。重復上述實驗3次，求其平均值。

單位面積吸液量=（m1-m0）g/100cm2

1.2.3 保濕性實驗

將各纖維敷料裁剪成5cm×5cm大小的方塊，將試樣放到盛有試驗液A（8.298g NaCl和0.368g CaCl2·2H2O溶解于1L去離子水中配制而成）的平皿中浸泡1min，撈起后平鋪在塑料板上，置于在溫度：25℃，濕度：65%的條件下，計算各敷料變干所需時間t。

1.2.4 吸附、脫附實驗

將各纖維敷料置于苯的飽和蒸汽中，開始時每隔2min稱重一次，當重量變化不大時，每隔5min稱重一次，直到吸附達到飽和為止。將上述吸附飽和的樣品置于120℃的加熱爐中，用氮氣吹掃，同樣每隔一定時間稱重一次，直至重量不再變化為止。[5]

1.2.5 力學性能

按照GB/T24218.3-2010[6]進行斷裂強度和斷裂伸長率實驗，將各纖維敷料裁剪成長度為20cm，寬度為（5.0±0.05）cm的條狀形試樣，置于萬能試驗機的夾具位置，開啟機器，以100mm/min的恒定伸長速度拉伸試樣制止斷裂，記錄試樣拉伸過程中的斷裂強力和斷裂伸長率。針對濕態下力學性能，將條狀試樣在試驗液A（8.298g NaCl和0.368g CaCl2·2H2O溶解于1L去離子水中配制而成）中至少浸泡1h，取出試樣，去除過量水分，然后按照上述步驟進行測試。

1.2.6 抑菌率試驗

按照GB/T20944.3-2008[7]進行抑菌率實驗，將各纖維敷料分別裁剪成1cm×1cm大小，稱取磷酸氫二鈉2.83g、磷酸二氫鉀1.36g，加入燒瓶中，添加蒸餾水定容至1000mL，制成PBS緩沖液1000mL。將裁剪好的纖維敷料樣品放入250mL三角燒瓶中，分別加人已滅菌的70mL PBS緩沖液和5mL菌懸液，使菌懸液的最終濃度為1×104cfu/mL。然后用硬皮紙將三角燒瓶封口，固定于振蕩搖床上，以300r/min振蕩lh。取0.5mL振搖后的樣液，或用PBS做適當稀釋后的樣液，以瓊脂傾注法接種平皿，放入培養箱培養16～24小時，進行菌落計數。

2 結果

2.1 吸液量

按照1.2.2的方法對幾種纖維敷料進行吸液量測試，結果見表2。

由表1可以看出，三種纖維敷料均具有較好的吸液性，其中純藻酸鹽纖維敷料的吸液性最好，其主要由于藻酸鹽纖維遇模擬體液會發生鈣鈉離子交換，吸收大量液體形成親水性的凝膠，對創面形成有利于傷口愈合的濕潤環境，促進傷口愈合。純活性炭纖維敷料主要是通過纖維與纖維之間的間隙吸收滲液達到吸液的目的，復合纖維敷料則在活性炭纖維的基礎上增加親水性藻酸鹽纖維從而增加了其吸液性。

2.2 保濕性

按照1.2.3的方法對幾種纖維敷料進行保濕性測試，結果見表3。

由表2可以看出，純藻酸鹽纖維敷料的保濕性最好，復合纖維敷料次之，純活性炭纖維敷料最差。其主要由于藻酸鹽纖維遇模擬體液會發生鈣鈉離子交換，吸收大量液體形成親水性的凝膠，凝膠具有較好的鎖液性可以較好保存液體從而提供創面更長久的保濕性。

2.3 吸附、脫附實驗

按照1.2.4的方法對幾種纖維敷料進行保濕性測試，結果見表4。

由下圖和表3可以看出，純活性炭纖維敷料與復合纖維敷料在5min左右就可以達到吸附平衡，而純藻酸鹽纖維敷料在20min以后才逐漸達到吸附平衡;純活性炭纖維敷料與復合纖維敷料在8min左右基本脫附干凈，脫附率可達90%以上，而純藻酸鹽纖維敷料脫附較為緩慢，30min后還有較多吸附物存在，表明含炭纖維的敷料吸附和脫附能力都要遠高于純藻酸鹽纖維敷料，主要是由于炭纖維具有良好的吸附能力。具有較好吸附性的敷料對膿瘡等有異味的創面可以起到去除異味的作用，增強患者使用體驗感。

2.4 力學性能

從表4中可以看出，在濕態條件下，幾種纖維敷料的斷裂強度均在0.1MPa以上，但隨著時間的延長，純活性炭纖維敷料和純藻酸鹽纖維敷料的斷裂強度均有下降趨勢，而復合纖維敷料則隨時間延長其斷裂強度隨之增強，并且其斷裂伸長率是其他兩種纖維敷料的4、5倍，反映出復合纖維敷料在濕態條件下具有不易斷的特性，這對于自然腔道填塞很關鍵，便于醫護人員的操作。

2.5 抑菌率

按照1.2.4的方法對幾種纖維敷料進行體外細胞毒性測試。

由表5可以看出，純活性炭纖維敷料與復合纖維敷料對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均在90%以上，對白色念球菌的抑菌率均在60%以上，滿足針對感染性創面的抑菌要求。但純藻酸鹽纖維敷料對白色念球菌、金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抑菌率均小于50%，都在10%左右，無法滿足對感染創面的抑菌要求。從以上結果可以得出，纖維敷料的抑菌性隨著炭纖維含量的增加而增強。

3 討論

藻酸鹽纖維敷料在創面護理中使用比較廣泛，但其在抑菌性以及氣味控制性方面無法滿足臨床需要，而活性炭纖維敷料則在以上兩方面的性能具有優越性，復合纖維敷料基于以上兩種纖維敷料的優缺點進行設計制備的。通過對比三種纖維敷料的相關性能，可以看出，復合纖維敷料兼具了藻酸鹽纖維敷料優良的吸液性和保濕性，又具有活性炭纖維的抑菌性、濕態條件下力學性能更好以及氣味控制，彌補了純藻酸鹽纖維敷料和純活性炭纖維敷料在臨床應用上的缺點。

4 結論

自制的復合纖維敷料，具有較強的吸液能力以及保濕性能，可以長久保持創面濕潤環境從而更好促進傷口愈合;同時有效的解決了藻酸鹽纖維敷料在臨床應用中存在的抗感染能力差、填塞自然腔道取出易斷以及無法吸附臭味等缺陷，是取代目前市場上常用敷料的最佳新型敷料產品。

參考文獻：

[1]Mélanie Dumont，Régis Villet，Manon Guirand，Alexandra Montembault，Thierry Delair，Stéphane Lack，Michel Barikosky，Agnès Crepet，Pierre Alcouffe，Frédéric Laurent，Laurent David.Processing and antibacterial properties of chitosan-coated alginate fibers[J].Carbohydrate Polymers，2018，190：31-42.

[2]Ying Gong，Guangting Han，Yuanming Zhang，Ying Pan，Xianbo Li，Yanzhi Xia，Yan Wu.Antifungal Activity and Cytotoxicity of Zinc，Calcium，or Copper Alginate Fibers[J].Biol Trace Elem Res，2012，148：415-419.

[3]董海燕，楊瑜榕.竹炭纖維紡織品的抗菌性能研究[J].質量技術監督研究，2011，5：17-21.

[4]YY/T 0471.1-2004 接觸性創面敷料試驗方法第1部分：液體吸收性.

[5]Guillorn M A，Melechko A V，Merkulov V I，et al.Operation of a gated field emitter using an individual carbon nanofiber cathode[J].Appl Phys Lett，2001，79（21）：3506-3508.

[6]GB/T24218.3-2010 紡織品非織造布試驗方法第3部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定.

[7]GB/T20944.3-2008 紡織品 抗菌性能的評價第3部分：振蕩法.