醫用紡織品的應用研究進展

魏嫻媛

(江西服裝學院 服裝設計學院，江西 南昌 330201)

醫用紡織品是生物、醫學、材料和紡織等相關學科深度融合的產物，具有科技含量高、附加值大和創新性強等特點[1]，在醫療衛生、保健、生物醫學工程等領域，發揮著不可替代的作用，具有重要的應用價值。

醫用紡織品是以纖維為基礎、紡織技術為依托、醫療應用為目標的醫用材料，在治療、修復、替換人體損傷或病變器官組織方面有著不可替代的作用。另外，醫用紡織品還具有隔離病菌、防輻射、防有害粉塵及化學溶液等功能，能夠有效保障醫護人員的生命安全和保持工作環境清潔。隨著現代醫療技術的進步與發展,未來醫用紡織品的發展空間和市場前景十分廣闊[2]。

本文采用文獻研究法和案例分析法來探索醫用紡織品的應用研究進展，目的是掌握醫用紡織品的分類、制備方法和最新應用研究進展，以促進我國醫用紡織品的產業化發展，并對醫用紡織品今后的研究方向提出具體可行的建議，為我國醫用紡織品向復合化、微型化、功能化和可降解方向發展提供可參考價值和借鑒意義。

1 醫用紡織品的分類

目前，醫用紡織品已在醫療領域得到廣泛應用，其有多種分類形式。按照材料的性質分類：①天然高分子基纖維材料，如海藻酸、甲殼素、骨膠原、蠶絲、竹漿纖維等；②合成高分子基纖維材料，如聚乳酸、聚酰胺、聚烯烴、聚丙烯、聚乙交酯、聚對二氧環己酮、聚酯纖維等；③功能改性高分子基材料，如海藻酸/明膠、海藻酸/甲殼素、海藻酸/聚乙烯醇、海藻酸/殼聚糖、海藻酸/殼聚糖/聚乙烯乙二醇微囊等[3]。按照使用目的分類：①體外治療類紡織品，包括傷口護理敷料、醫用繃帶等；②體內植入類紡織品，如人工心臟瓣膜、人工血管、人工神經導管、可降解輸尿管支架管、人工皮膚、手術縫合線等；③保健與防護類紡織品，如康復護具、康復手套、彈力圍腰、保健鞋墊、醫用夾板、壓力衣、壓力襪、防護服、手術服、口罩、隔尿墊、防褥墊等[4]。

醫用紡織品在研發前需要制定明確的醫療應用目標，其研發周期長，審批手續復雜嚴格。近幾年，醫用紡織品依托醫療和紡織科技的進步，主流產品正朝著高性能、高可靠性、智能化、微型化和低價格方向發展。

2 醫用紡織品的制備方法

2.1 紡絲工藝

常規的紡絲工藝是將聚合物中的團聚體制備成液態(或黏流態)，再將聚合物溶液或熔體從壓力噴絲頭中擠出，冷卻固化成纖維材料。醫用紡織品的紡絲工藝有：熔法紡絲、濕法紡絲、干法紡絲、干濕紡絲、凝膠紡絲、液晶紡絲、乳液紡絲、離心紡絲、靜電紡絲等[5]。例如美國Alex James & Associates公司采用熔法紡絲工藝制備出醫用復絲和細旦單絲；德國FilaTech公司采用濕法紡絲制備了中空纖維膜，用于血液透析和凈化[6]。不同紡絲工藝制備的纖維形態結構和直徑各不相同，纖維形態有圓形、十字形、中空形、多孔形等，纖維直徑覆蓋納米級(通常為100 nm以下)至毫米級尺度。不同纖維橫截面SEM形態[7]見圖1。

圖1 不同纖維橫截面SEM形態

2.2 織造工藝

醫用紡織品的織造工藝有機織、針織、編織及非織造等。傳統織造工藝是以各種紡織纖維為基材，經過紡紗、織造、染整等工序，形成規則的片狀織物。非織造不同于機織、針織、編織等傳統織造工藝，沒有紗線成形的中間步驟，而是由隨機排列或定向排列的纖維，通過抱合、黏結、摩擦等方法制備的絮墊、薄膜或纖維網[8]。根據醫用紡織品的生產要求和標準，可采用一種或多種織造工藝來制備，得到的織物力學性能各不相同。例如雙針經編機和小口徑圓形經編機可用來織造人造血管和血管外支架；針織、編織類織物的孔隙或孔徑大，彈性和延伸性較好，適用植入式或非植入式醫用紡織品，如人工氣管、人工韌帶、疝氣補片、醫用敷料、繃帶等；滌綸人造血管通過針織和機織2種方法制成，具有良好的力學性能，適用于大口徑血管矯接手術。機織物與非織造布形貌對比見圖2。

圖2 機織物與非織造布形貌對比

2.3 整理工藝

醫用紡織品的整理工藝主要有印染與功能性整理，如防熱、阻燃、拒液、親水、防病毒、抗菌、抗靜電、防固態微粒滲透整理等，由于醫用紡織品的應用環境特殊，所以更側重織物的功能性整理[9]。例如拒液整理是應用一種或多種整理劑，對織物進行改性，賦予織物拒水、拒油、拒酒精、拒噴濺血液、拒尿液和拒嘔吐物等功能。目前醫用紡織品中常用的整理劑是氟碳化合物和C8氟系整理劑，經過整理的織物拒液性能優異。

抗菌是醫用紡織品重要的性能指標，當前較常用的抗菌整理劑是有機硅季銨鹽，其綜合性能較理想，整理后的織物不僅抗菌、抑菌性能優異，且具備良好的吸濕性和柔軟性。文獻[10]提到利用含季銨基團的三甲氧基硅烷與二氯甲烷制成整理劑，對聚酯織物進行后整理，織物在溫度100 ℃抗菌整理10 min后，其耐洗性和抗菌性變得更加優異。

3 醫用紡織品的應用研究

3.1 體外治療類紡織品

體外治療類紡織品的產量更大，應用市場更廣泛，全球有許多知名制造商，如美國的杜邦公司、3M公司，日本的艾譜德公司、重松公司等。從臨床治療及護理效果方面考慮，值得關注的是傷口護理敷料、醫用繃帶等紡織品。

3.1.1 傷口護理敷料

傷口護理敷料能夠對燒傷、擦傷、手術切口及其他類型傷口進行保護，防止細菌感染，并有效促進創面愈合。傷口護理敷料材料主要包括：①天然高分子生物材料，主要有天然多糖材料(殼聚糖、甲殼質、纖維素)和天然蛋白質材料(纖維蛋白、膠原蛋白)二大類，具有機體相容性、生物可降解性和功能多樣性等優點；②合成高分子生物材料是利用聚合法制備的高分子材料，呈現多種多樣的物理化學性質，主要有硅橡膠、聚氨酯、環氧樹脂、聚四氟乙烯、丙烯酸酯水凝膠、聚甲基丙烯酸甲酯等。目前，合成高分子生物材料已成為制備軟硬組織修復體、醫用黏結劑、縫合線、人工器官的主要生物材料。

美國德星技術(DelStar Technologies)公司開發了Stra-tex?系列復合織物，在手指創可貼中得到廣泛應用，敷料可以任意剪裁和切割，扭曲、拉伸后不易變形，能夠快速止血和防止細菌感染，手指創可貼織物[10]見圖3。美國WPT公司開發出棉/粘膠50/50混紡基布，表面可覆蓋石膏涂料，此款醫用混紡基布比傳統基布的抗菌性、吸水性更優異，醫用混紡基布[11]見圖4。

圖3 手指創可貼織物

圖4 醫用混紡基布

3.1.2 醫用繃帶

醫用繃帶用于骨折和扭傷包覆固定、防止繼發感染、減輕水腫、固定醫用敷料、止血止痛等方面。大多數醫用繃帶屬于輕薄型織物，以棉、聚酯纖維、粘膠纖維居多，經過洗滌、漂白和消毒處理后，可用于傷口包扎。按照加工方式可區分為針織、機織、編織及非織造等類型。常見繃帶類型及特征見表1。

表1 常見繃帶類型及特征

3.2 體內植入類紡織品

與體外治療類紡織品相比，體內植入類紡織品的產量較低，但專業化程度、科技含量和生產利潤較高，部分產品年均產量僅為10件左右，且需符合相應的技術要求。例如人工心臟瓣膜在設計、生產、試驗方法及包裝等方面需符合GB 12279—1990 《人工心臟瓣膜通用技術條件標準》，手術縫合物的生產需要符合YY 1116—2010 《可吸收性外科縫線》醫藥衛生標準等。體內植入類紡織品一般由可吸收性或不可吸收性纖維制成，可吸收性纖維能被人體有效吸收和分解，不可吸收性纖維為永久性固件，不能被人體吸收[12]。

3.2.1 人工心臟瓣膜

目前，全球每年有超過18萬個人工心臟瓣膜被植入患者體內。人工心臟瓣膜是治療心臟瓣膜缺損或退行性病變的心臟植介入醫療器械[13]。人工心臟瓣膜經歷了機械瓣膜→生物瓣膜→介入瓣膜的發展過程。機械瓣膜由金屬支架、碳纖維材料和人造織物制備而成，具有小口徑、耐久性好等優點，但是缺點也非常突出，如患者需要終身服用藥物來預防瓣膜上形成血栓。機械瓣膜的種類有斜碟瓣、雙葉瓣、球籠瓣和籠碟瓣等；生物瓣膜是結合人工支架、動物的主動脈瓣或心包和人工織物制成，分為生物瓣膜和異種生物瓣膜2種，臨床應用廣泛[14]。生物瓣膜有較好的生物相容性，不需長期抗凝，不易形成血栓，但是使用壽命較低。隨著介入技術的進步，經導管二尖瓣夾合術(MitraClip)經導管主動脈瓣干預(TAVI/TAVR)也成為特定患者的手術選擇，介入瓣又稱為微創介入心瓣，患者治療后創傷微小、恢復快，療效顯著。

2017年中國首款人工心臟瓣膜J-Valve通過官方審批認定，可用于TAVI技術治療主動脈瓣膜關閉不全和主動脈瓣膜狹窄2種病變的心臟瓣膜[15]。美國愛德華茲生命科學公司研制出經皮導管心臟瓣膜(THV)，由基于導管的人工心臟瓣膜和植入瓣膜的附件組成，用于治療嚴重主動脈瓣狹窄患者[16]。

3.2.2 人工血管

心血管疾病是嚴重危害人體健康的多發性疾病，重癥患者需要采用血管移植方式治療，而自體血管移植來源有限，故需要大量人工血管。大多數人工血管由高分子材料編織而成，適用于全身各處血管移植術。目前，大、中口徑人工血管的生產技術較成熟，內徑為6 mm以上的人工血管，采用聚酯纖維和膨化聚四氟乙烯(PTFE)制備，其防凝血性及生物相容性較好，臨床應用效果較好。小口徑人工血管(內徑小于4 mm)一般采用嵌段聚氨酯制備，臨床應用效果不太理想，在血流沖擊下易破裂、易變形，技術上還有待進一步突破，是當前研究的熱點。

李坤[17]針對介孔材料構建肝素控釋的小口徑人工血管進行了研究，結論表明介孔人工血管能夠保持肝素的長期活性，其血液相容性較好，可進行小口徑血管移植應用。2015年上海大學快速制造工程中心利用靜電紡絲和微壓印技術研發出三層人工血管，新型血管組織能夠促進新細胞生長并最終替代老細胞，再被人體吸收降解形成新血管。沈高天[18]采用天然桑蠶絲為原料，利用脫膠、溶解等工藝制備出再生絲素蛋白，并對脫膠后真絲材料表面進行層層自組裝改性，提升了移植手術成功率。

3.2.3 人工神經導管

人工神經導管可用于修復周圍神經缺損，也是目前醫用紡織品的研究熱點之一。人工神經導管的制備方法有模具法、纖維黏貼法(絲網法、芯軸黏貼法)、靜電紡絲法、3D 打印法等。人工神經導管歷經了多年的探索與研究，已經突破可降解、導管微結構等關鍵技術。

孫丹丹[19]采用甲殼素非織造布、聚乙丙交酯(PGLA)醫用纖維制備神經導管，增強了神經導管的抗扭轉能力和拉伸性能。ANDREAS等[20]在膠原基質中包覆聚己內酯(PCL)纖維絲，再填入PCL神經導管中，與雞胚背根神經節、膠質瘤細胞共混培養，研究表明聚己內酯纖維絲能夠促進許旺細胞(Schwann cells)的三維生長和遷移。WANG等[21]制備出修復比格犬長節段坐骨神經缺損的神經導管，其修復效果顯著，接近于自體神經移植修復的效果。朱祥等[22]將3D打印技術應用于構建仿生脊髓神經導管，制備的神經導管管壁上有相互貫通的微孔結構，有利于控制管內的生物微環境，以促進神經生長。

3.2.4 可降解輸尿管支架管

輸尿管支架管的主要作用是引流尿液、維持管徑，促進輸尿管術后愈合和預防輸尿管狹窄，可大大提升手術的成功率。可降解輸尿管支架管的成型方法有擠出法、纏繞法、紡織法等，紡織法又分為針織成型和編織成型。目前在可降解輸尿管支架管的臨床應用中，存在支架管力學性能不足、制備工藝繁瑣、降解無規律及易造成堵塞等問題。

沈志靜等[23]采用聚乙交酯(PGA)材料制備編織型可降解輸尿管支架，制備得到的PGA編織型輸尿管支架的孔隙率達到90%以上，能夠滿足臨床應用要求。王曉慶等[24]采用靜電紡絲技術，運用聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)制備可降解納米輸尿管支架管，進行了體外降解實驗，結論表明采用靜電紡絲技術得到的可降解輸尿管支架管達到了降解時間的要求，PLGA材料是制備可降解輸尿管支架管的理想材料。玉銀華[25]研究了PLGA制備可降解輸尿管支架管的降解規律，研究表明PLGA共聚后，生物相容性優異，其降解速度比均聚物提高近10倍。

3.2.5 人工皮膚

人工皮膚是應用細胞生物學和組織工程技術，在體外人工培養的皮膚代用品，用于修復、重建或替代創傷的皮膚組織。人工皮膚替代物類型主要有表皮、真皮和全皮，其作用是預防感染、促進肉芽或上皮生長，防止水分或體液蒸發。目前，用于制備人工皮膚的材料眾多，按材料特性分為天然材料和生物合成材料。天然材料主要有葡糖胺聚糖(GAGs)、硫酸軟骨素(CS)、殼聚糖和膠原等，應用化學或物理方法來提高人工皮膚的力學性能。生物合成材料主要由羥基乙酸(GA)、乳酸(LA)、ε羥基己酸、β2羥基丁酸等材料聚合而成，其具有可降解、可塑性強，材料來源范圍廣泛等特點，適合產業化和規模化生產。

黃漢萍等[26]從牛筋腱中提取出甲殼糖、質酸和膠原基材，應用交聯法制備得到新型膠原復合膜，實驗表明此新型復合膜是一種理想的活性人工皮膚材料。曹成波等[27]制備得到三層結構的人工復合皮膚，其生物相容性、滲透性良好，能夠有效防止創面水分蒸發、預防感染，促進細胞成長。

3.2.6 手術縫合線

手術縫合線主要用于外科手術，如縫合、結扎止血及人體組織縫合的特殊線。其類型有可吸收縫合線和不可吸收縫合線。可吸收縫合線有膠原線、羊腸線、殼聚糖線、甲殼素線、聚乳酸線、聚乙交酯線等。不可吸收縫合線有絲線和普里林(Prolene)線等，需要術后進行拆線處理。目前，我國基層醫院的外科手術主要采用不可吸收手術縫合線，可吸收縫合線以進口為主，自主知識產權的可吸收縫合線有待于進一步研發[28]。

美國愛惜康(Ethicon)公司采用二氧環己酮、乙交酯材料，制備出共聚物手術縫合線，此種縫合線柔韌性強、機體吸收期短，臨床應用效果好[29]。郭振友等[30]采用葡糖胺聚糖(GAGs)、膠原等材料制備得到可吸收縫合線，實驗表明此種手術縫合線無毒、無害、無任何副作用，且可塑性、柔韌性強。鄭寧來[31]采用自動機械撕揭鱗片石墨的方法研制出非氧化態石墨烯，并應用制備石墨烯手術縫合線，實驗表明石墨烯手術縫合線的生物相容性、抗菌性優異，且易降解、易吸收，打結強度高，是一種理想的手術縫合線。

3.3 保健與防護類紡織品

保健類紡織品有頭、頸、肩、肘、腕、腿部護具、康復手套、彈力圍腰、保健鞋墊、醫用夾板、壓力衣和壓力襪等。此類織物大多采用彈性紗線材料制備，并編織成特定的幾何狀織物，可應用在人體局部保健康復中。如YU等[32]采用錦綸、氨綸等纖維制備出壓力手套，實驗表明此款織物壓力手套比塑料壓力手套的透氣性、吸濕性、舒適性和親膚性更好，在燒傷疤痕治療中效果顯著。蘇靖[33]研制出玻璃纖維緯編醫用復合夾板，適用于肘、腕、手和踝關節康復治療。

防護類紡織品有防護服、手術服、口罩、隔尿墊、防褥墊等。防護類紡織品用于特定的醫療環境，作用是隔離病菌、防輻射、防有害粉塵及化學溶液等，能夠有效保障穿著者的安全和保持工作環境清潔，具有重要的醫用價值。例如美國3 M公司生產的3MTM4620型防護服采用新型三層超細纖維和紡粘非織造布技術生產，不僅具有良好的透氣性，而且安全性優異；日本的特高步(TacaoF)聚酯纖維防褥墊，經PU防水涂層處理后，阻燃、防滑、抗菌、防臭性能優異；美國斯威夫特紡織品金屬化(Swift Textile Metalizing)有限公司研發的導電非織造織物，有著優異的生物相容性和抗菌性，在醫用防護服、口罩等紡織品中得到廣泛應用。

4 結束語

本文綜述了醫用紡織品在醫療領域中的發展和應用現狀，首先根據材料性質和使用目的進行了分類，然后從紡絲工藝、織造工業和整理工藝3個方面探討了醫用紡織品的制備方法，著重分析了體外治療類、體內植入類、保健與防護類紡織品的應用研究。經研究分析可知，我國高端醫用紡織品的核心技術與先進國家相比還存在一定差距，高精尖產品的市場占有率很低，但是在國家支持和研究者的共同努力下，在許多方面取得了可喜的成績，未來醫用紡織品產業的發展前景將十分廣闊。

本文提出以下幾點展望：①加快政產學研醫合作，促進生物、醫學、材料、信息、納米等高新技術與紡織工程技術的交叉融合；②優化升級醫用紡織材料產業體系，促進醫用紡織材料向復合化、功能化、微創化、智能化和可降解的方向發展；③完善高、中、低端醫用紡織品的種類，建立醫用紡織品的檢測標準、評價體系和保障機制；④探究醫用紡織材料與生物體的互動響應機制，突破微型化、高阻隔、高精度醫用紡織品的關鍵技術；⑤政府注重指導投資者或企業了解醫用紡織品產業現狀及整體發展態勢，企業要加強跨地區、跨行業、跨部門之間的合作交流，積極開展技術創新研究和新產品開發。