茶葉碳遠紅外織物對皮膚正常與癌變細胞的影響對比

慕怡菲 金子敏 閻玉秀 吳德昊 陶建偉

摘要： 紡織品可長期與皮膚接觸，其對人體皮膚不同細胞生長的影響非常關鍵。文章為研究遠紅外織物對健康皮膚及癌變皮膚的影響差異及適用性，通過普通錦綸和茶葉碳遠紅外錦綸對人體皮膚永生化角質形成細胞HaCaT和癌變皮膚細胞黑色素瘤A-375進行輻射培養，從細胞水平觀察遠紅外織物對人體正常及癌變皮膚的影響并對比差異。采用織物對細胞進行輻射培養，能夠實現長時間不間斷且均勻的遠紅外輻射，且無肌體循環影響導致的誤差。結果表明，相比普通錦綸，遠紅外織物能夠顯著促進HaCaT細胞的增殖，且長時間輻射其效果更優，同時不促進A-375細胞的增殖且略有抑制的趨勢，因此認為遠紅外織物可以用于健康或癌變皮膚的貼身穿著。

關鍵詞： 遠紅外織物;茶葉碳纖維;角質形成細胞;黑色素瘤細胞;細胞增殖

中圖分類號： TS101.4

文獻標志碼： A

文章編號： 1001-7003（2021）12-0008-05

引用頁碼： 121102

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.12.002（篇序）

Abstract： Textiles have very important influence on the growth of different cells of human skin due to long-term contact with skin. In order to study the differences between the impact of far-infrared fabric on healthy skin and cancerous skin and its applicability， through radiation culture of human skin immortalized keratinocyte HaCaT and cancerous skin cell melanoma A-375 with ordinary nylon and tea carbon far-infrared nylon， the impact of far-infrared fabric on human normal and cancerous skin were observed and the differences were compared at the cellular level. The radiation culture of cells using fabric can achieve long-term uninterrupted and uniform far-infrared radiation， without error caused by the influence of body circulation. The results showed that far-infrared fabric can significantly promote the proliferation of HaCaT cells compared with ordinary nylon， and it can achieve better effect after long-term radiation. At the same time， it does not promote the proliferation of A-375 cells and exhibits a trend of slight inhibition. Therefore， it is considered that far-infrared fabric can be used for close fitting wear for healthy or cancerous skin.

Key words： far infrared fabric; tea carbon fiber; keratinocytes; melanoma cells; cell proliferation

隨著經濟與科技的發展，人們生活水平大幅提高，紡織服裝逐步參與健康保健領域，紡織品作為一種必不可少的輔助醫療產品，在患者的治療與康復中起著重要的作用。遠紅外功能紡織品的研究起始于20世紀80年代中期的日本，利用遠紅外陶瓷與紡織品相結合，得到具有遠紅外線放射性能的織物。目前一般是在紡絲過程中，將具有遠紅外發射率的納米顆粒通過共混紡絲加入到纖維中，從而得到具有高效的遠紅外發射功能的遠紅外纖維，也可以通過整理劑對已織造的紡織品進行處理，使其具備高效的遠紅外發射功能[1]。遠紅外屬于電磁波中最易被人體吸收的一個波段[2]，為研究生物效應中最常用的一個波段[3]，可以滲透表皮，產生分子共振效應，使生物體細胞處于最高振動能級，能夠刺激細胞活性并且改善血液的微循環[4]。遠紅外功能紡織品作為一種可以貼身穿著的遠紅外輻射源，能夠長時間大面積地對人體產生遠紅外輻射效應，其對人體表皮細胞生長的影響研究尤為重要。

在針對皮膚正常細胞的研究中發現，遠紅外對皮膚外傷具有舒緩并減輕痛感的作用[5-6]，臨床觀察中也發現遠紅外可以縮短傷口的愈合時間[7]。通過測量遠紅外輻射影響大鼠模型皮膚損傷的面積及皮膚血流灌注量和皮膚溫度，發現遠紅外輻射不僅提升了傷口的愈合速度，還促進了膠原再生，激活了成纖維細胞中的表達轉化生長因子TGF-β1[8]。通過促進成纖維細胞增殖，從而提高傷口的愈合率[9]。因此，遠紅外輻射不僅能通過皮膚升溫或促進皮膚血流灌注量而達到促進傷口愈合的效果，從細胞水平看遠紅外輻射影響生物的機制，還可以通過刺激TGF-β1的分泌或表皮細胞的增殖等，進而促進創面愈合或組織再生[10-11]。皮膚癌變細胞中的黑色素瘤是人體皮膚細胞發生的惡性腫瘤，可由黑色素痣演變而來，發育不良痣、外力長期摩擦、紫外線過度暴露等均可導致黑色素瘤惡變[12-13]。因此遠紅外織物在貼身穿著時，其對皮膚腫瘤細胞的影響研究也極為重要。在遠紅外輻射多種癌細胞的研究中發現，其能夠抑制某些癌細胞的增殖，效果受熱休克蛋白HSP70A的基礎表達水平影響，遠紅外輻射對HSP70A水平較低的癌細胞非常有效[14]。

綜上大量研究證明，遠紅外可以通過多種途徑促進皮膚角質形成細胞生長，促進傷口的愈合，同時還能抑制某些腫瘤細胞的生長。但遠紅外理療燈不能長期均勻地對人體皮膚進行遠紅外輻射，且以上研究中無正常細胞與腫瘤細胞的影響對比。因此，本文基于茶葉碳遠紅外纖維對正常的人體角質形成細胞和惡性黑色素瘤細胞進行輻射培養，可穿戴的遠紅外織物相較遠紅外光療燈，可以作為服裝或敷料的膏藥布，更適用于長期影響人體皮膚正常細胞及癌細胞的研究。本文通過遠紅外功能紡織品對人體皮膚正常細胞及癌細胞的影響，探究其是否適用于皮膚外傷患者及惡性黑色素瘤患者使用。

1?茶葉碳纖維的制備與檢測

1.1?茶葉碳纖維的外觀形態

茶葉是天然植物，其纖維環保且資源豐富。茶葉碳纖維的加工一般通過接枝技術、濕法紡絲、茶葉制漿處理后紡絲或者后整理等得到具有遠紅外輻射功能的纖維[15-16]。根據纖維形態觀測標準GB/T 36422—2018《化學纖維微觀形貌及直徑的測定掃描電鏡法》，采用JSM-5610LV電子顯微鏡（日本電子株式會社JEOL）進行掃描觀察，將待測的茶葉碳纖維和對照的錦綸纖維置于20 ℃恒溫、65%相對濕度的標準大氣壓環境放置24 h[17]。24 h后，將茶葉碳纖維與錦綸纖維整理并抽取一根紗線，將其調整固定成整齊的單根紗線，采用導電膠將纖維粘在載物臺上并調節顯微鏡以觀察纖維的縱向形態，對比茶葉碳纖維與普通錦綸的外觀差異，如圖1所示。與普通錦綸纖維相比，茶葉碳錦綸纖維的表面凹凸不平，因其吸附了大量的遠紅外納米顆粒。

1.2?茶葉碳纖維遠紅外織物規格測試

采用SM8-TOP2S型無縫針織機（意大利Santoni針織機器有限公司），將茶葉碳纖維和普通錦綸纖維紡織成平針組織的遠紅外織物試樣[18]，使其具有緊密、厚實、良好的形變及物理性能。根據SM8-TOP2S無縫針織機的工作原理，織入一根面紗和一根里紗，遠紅外織物的面紗和里紗均采用100%的778 dtex（70D）/48F茶葉碳錦綸纖維（浙江棒杰數碼針織品有限公司）。采用YG141D數字式織物厚度儀（溫州方圓儀器有限公司）測量茶葉碳纖維織物和普通錦綸纖維織物的厚度均為0.8 mm。將茶葉碳纖維織物和普通錦綸纖維織物制作為0.1 m×0.1 m的方形試樣，采用電子秤稱量其平方米質量分別為2.98 g/m2和2.20 g/m2。遠紅外發射率是評價織物遠紅外輻射性能的重要標準，其發射率越高，織物的遠紅外輻射性能就越好，根據遠紅外制品規定，其發射率達0.90可定義為高效的遠紅外制品。根據Cas115-2005（Cas Standards of China Association 115-2005 for Standardization）標準采用EMS-302M型遠紅外發射率測試儀（臺灣和德科儀企業有限公司）對兩塊織物試樣的遠紅外發射率進行檢測[19]。將茶葉碳纖維織物和普通錦綸纖維織物制作為0.6 m×0.6 m的圓形試樣并在20 ℃、65%恒溫恒濕的標準大氣壓環境下預置調節24 h后進行檢測，每個試樣重復檢測3次，其檢測結果取平均值，得到茶葉碳錦綸織物的遠紅外發射率為0.97，而普通錦綸織物的遠紅外發射率為0.80。

2?實?驗

2.1?茶葉碳纖維輻射實驗設計

將茶葉碳遠紅外織物和普通錦綸織物均勻平整地貼合在細胞培養皿外，使其四周全面覆蓋包裹住細胞培養板，如圖2所示。24 h持續使用織物對細胞進行輻射培養，從而觀察茶葉碳遠紅外織物及普通錦綸對皮膚正常及癌變細胞增殖的影響并對比其差異。

2.2?生物實驗細胞選取

為了觀察茶葉碳纖維遠紅外對皮膚正常及癌變細胞的影響，從商品化細胞庫中選取兩株皮膚細胞進行測試，分別為人正常表皮永生化細胞HaCaT，來源于一位62歲男性，常用于腫瘤細胞的對照實驗組。皮膚腫瘤細胞選取A-375人惡性黑色素瘤細胞，來源于一位54歲女性。兩株細胞的培養條件均為5%CO2，95%空氣，溫度37 ℃，培養基均選用Gibco的DMEM（dulbecco’s modified eagle medium）+10% Gibco的FBS（fetal bovine serum）+1%的青霉素/鏈霉素溶液（penicillin/streptomycin stock solution）（新賽美生物科技有限公司），其細胞形態如圖3所示。

2.3?細胞增殖實驗方法

采用細胞增殖及毒性檢測試劑盒，對BOSTER生物工程有限公司的CCK-8（cell counting kit-8）進行細胞增殖能力檢測實驗。兩種細胞各分三組進行實驗，第一組為空白對照組NC（normal control），采用普通錦綸織物包覆細胞培養12 d;第二組為遠紅外組FIR（far infrared radiation），采用茶葉碳纖維包覆細胞培養12 d;第三組為短時間輻射FIR-ST（far infrared radiation-short time），將NC組輻培養6 d的細胞取一部分進行茶葉碳織物輻射再培養6 d，共培養12 d。每組細胞在培養6 d開始進行增殖檢測的細胞種板，檢測時間為6 d，期間繼續使用織物進行輻射培養。按照增殖檢測試劑盒的標準，以每孔1 500的密度將細胞種入96孔培養板，每組三個復孔，檢測時每孔加入含有10%CCK-8試劑的培養基100 μL，放入細胞培養箱1 h，通過的SpectraMax酶標儀（美國MolecularDevices分子儀器有限公司）在450 nm處檢測其吸光度，得到細胞增殖的OD（optical density）值，數值越高說明細胞量越大，增殖能力越強。

3?結果與分析

3.1?茶葉碳遠紅外織物輻射對皮膚細胞增殖的影響

根據CCK-8檢測結果，將兩種皮膚細胞增殖OD值采用Origin制作增殖曲線。皮膚角質形成細胞HaCaT增殖曲線如圖4所示，可以看出茶葉碳纖維輻射下的HaCaT細胞增殖能力顯著高于普通錦綸對照組。為了進一步分析茶葉碳纖維對HaCaT細胞增殖促進的能力，本文通過獨立樣本T檢驗對FIR組與NC組差異是否具有統計學意義進行驗證，選擇顯著性雙尾和雙樣本等方差假設。T檢驗結果顯示，FIR組與NC組的差異顯著，P=0.010 9<0.05。因此，相比普通錦綸纖維，茶葉碳錦綸纖維遠紅外織物能夠顯著促進角質形成細胞HaCaT的增殖。遠紅外可以通過刺激TGF-β1的分泌或激活成纖維細胞，從而促進皮膚成纖維細胞的增殖，達到促進皮膚外傷愈合的效果[8]。

在皮膚癌細胞黑色素瘤A-375中，其增殖曲線如圖5所示，可以看出茶葉碳錦綸纖維輻射下的A-375細胞增殖OD曲線略低于普通錦綸對照組，但差異不大。T檢驗結果表明，A-375中FIR組與NC組的差異不顯著，P=0.051 7>0.05，無統計學意義。因此，遠紅外織物不促進皮膚癌細胞的增殖，可以安全地用于黑色素瘤患者，緩解放化療后產生的組織水腫等。

對比皮膚正常細胞和癌變細胞的影響結果可以看出，茶葉碳錦綸纖維遠紅外織物對不同細胞生長所產生的影響不同，遠紅外輻射可影響TGF-β1的分泌，促進生物大分子的活性等，從而促進皮膚角質形成細胞的增殖。而在腫瘤細胞中，由于癌細胞受熱休克蛋白HSP70A的影響，且生物酶的活性極易受到溫度調控，從而使遠紅外輻射能夠不促進甚至抑制某些癌細胞的增殖。

3.2?茶葉碳遠紅外織物輻射時長的影響差異

通過短時間與長時間的遠紅外輻射培養細胞增殖結果對比，制作每種細胞的三組增殖OD值曲線，如圖6所示。由圖6可見，遠紅外輻射培養0～6 d的增殖影響效果介于7～12 d和空白對照組之間。

在A-375細胞中，不同輻射時長與不同織物一樣無明顯差異，但在HaCaT細胞中，NC組與FIR-ST組差異顯著，T檢驗結果P=0.495<0.05，說明茶葉碳織物的遠紅外輻射對HaCaT細胞增殖能力的促進隨時間延長而越來越顯著。將HaCaT細胞增殖OD差值制作0～12 d輻射的增殖影響差值散點圖并擬合曲線（圖7），以觀察0～12 d長時間遠紅外輻射對角質形成細胞HaCaT增殖影響的趨勢。

由圖7可見，擬合曲線符合指數形增長，說明茶葉碳織物的遠紅外輻射對角質形成細胞HaCaT增殖能力的促進隨時間延長而越來越顯著，更長時間的遠紅外輻射可以使刺激TGF-β1的分泌，使成纖維細胞浸潤更大[7]，更好地促進角質形成細胞的生長。

4?結?論

本文通過普通錦綸織物與具有遠紅外發射率的茶葉碳錦綸纖維遠紅外織物的輻射，研究其對正常皮膚細胞和癌變皮膚細胞增殖的影響并對比其差異。

1） 相比普通錦綸纖維，茶葉碳纖維遠紅外織物針對正常皮膚角質形成細胞HaCaT的研究結果表明，其具有顯著的促進效果，且相較短時間的遠紅外輻射，較長時間的輻射培養對HaCaT細胞增殖的促進效果更好。

2） 針對癌變皮膚細胞研究中發現，遠紅外錦綸與普通錦綸相比，在其能夠促進正常皮膚細胞生長的同時對皮膚惡性黑色素瘤細胞A-375有較弱的抑制或不促進其增殖的效果。

3） 對比普通錦綸和遠紅外錦綸織物與兩種不同皮膚細胞增殖的影響可以看出，相比普通錦綸纖維，茶葉碳遠紅外纖維能夠在促進皮膚角質形成細胞增殖的同時抑制或不促進黑色素瘤細胞的增殖。因此，本文認為遠紅外織物可以促進皮膚正常細胞的生長，加速皮膚受損角質恢復，并且不促進皮膚癌變細胞的生長，可以適用于惡性黑色素瘤患者的輔助治療。

參考文獻：

[1]龔佳佳， 顧學平， 肖俊， 等. 紡織品遠紅外功能整理[J]. 針織工業， 2018（11）： 78-80.

GONG Jiajia， GU Xueping， XIAO Jun， et al. Far-infrared functional finishing of textiles[J]. Knitting Industries， 2018（11）： 78-80.

[2]LEUNG T K. In vitro and in vivo studies of the biological effects of bioceramic（a material of emitting high performance far-infrared ray） irradiation[J]. The Chinese Journal of Physiology， 2015， 58（3）： 147-155.

[3]VATANSEVER F， HAMBLIN M R. Far infrared radiation（FIR）： Its biological effects and medical applications[J]. Photonics and Lasers in Medicine， 2012， 1（4）： 255-266.

[4]YU S Y， CHIU J H， YANG S D， et al. Biological effect of far-infrared therapy on increasing skin microcirculation in rats[J]. Photodermatology， Photoimmunology & Photomedicine， 2006， 22（2）： 78-86.

[5]MASUDA A， KOGA Y， HATTANMARU M， et al. The effects of repeated thermal therapy for patients with chronic pain[J]. Psychotherapy and Psychosomatics， 2005， 74（5）： 288-294.

[6]沈國先， 趙連英. 遠紅外材料及紡織品保健功能的試驗研究[J]. 現代紡織技術， 2012， 20（6）： 53-57.

SHEN Guoxian， ZHAO Lianying. Experimental study on far infrared material and textiles health function[J]. Advanced Textile Technology， 2012， 20（6）： 53-57.

[7]OU S M， HU F H， YANG W C， et al. Far-infrared therapy as a novel treatment for encapsulating peritoneal sclerosis[J]. The American Journal of Gastroenterology， 2014， 109（12）： 1957-1959.

[8]TOYOKAWA H， MATSUI Y， UHARA J， et al. Promotive effects of far-infrared ray on full-thickness skin wound healing in rats[J]. Experimental Biology and Medicine， 2003， 228（6）： 724-729.

[9]LIN Y H， LI T S. The application of far-infrared in the treatment of wound healing： A short evidence-based analysis[J]. Journal of Evidence-Based Complementary & Alternative Medicine， 2017， 22（1）： 186-188.

[10]SHEPPARD A R， SWICORD M L， BALZANO Q. Quantitative evaluations of mechanisms of radiofrequency interactions with biological molecules and processes[J]. Health Physics： The Radiation Safety Journal， 2008， 95（4）： 365-396.

[11]HAMADAA Y， TERAOKA F， MASTUMOTO T， et al. Effects of far infrared ray on Hela cells and WI-38 cells[J]. International Congress Series， 2003， 1255： 339-341.

[12]王艷云， 高明敏， 姚麗， 等. 低氧對惡性黑素瘤A375細胞中Nodal及細胞遷移相關蛋白表達的影響[J]. 實用癌癥雜志， 2021， 36（2）： 182-185.

WANG Yanyun， GAO Mingmin， YAO Li， et al. Effects of hypoxia on expression of Nodal and migration related proteins in malignant melanoma A375 cells[J]. The Practical Journal of Cancer， 2021， 36（2）： 182-185.

[13]PARTHASARATHY R， RAMACHANDRAN R， KAMARAJ Y， et al. Zinc oxide nanoparticles synthesized by bacillus cereus PMSS-1 induces oxidative stress-mediated apoptosis via modulating apoptotic proteins in human melanoma A375 cells[J/OL]. Journal of Cluster Science， 2020. https： //doi. org/10. 1007/s10876-020-01941-1.

[14]JUN I， KIKUJI Y， TATSIUO I， et al. The effects inhibiting the proliferation of cancer cells by far-infrared radiation（FIR） are controlled by the basal expression level of heat shock protein（HSP） 70A[J]. Medical Oncology， 2008， 25（2）： 229-237.

[15]LAN W L， JEFFREY KUO C F. Development of a warming multi-functional fabric Part Ⅰ： The analytichierarchy process combined with thetechnique for order preference bysimilarity to an ideal solution for theoptimization of the multi-quality meltspinning parameters in far-infrared functional yarn[J]. Textile Research Journal， 2018， 89（11）： 2247-2259.

[16]LIN J H， HUANG Y T， LI T T， et al. Bamboo charcoal/phase change material/stainless steel ring-spun complex yarn and its far-infrared/anion-releasing elastic warp-knitted fabric： Fabrication and functional evaluation[J]. Journal of Industrial Textiles， 2016， 46（2）： 624-642.

[17]張潔， 劉新金. UHMWPE復合紗的紡制及性能測試[J]. 絲綢， 2021， 58（4）： 24-28.

ZHANG Jie， LIU Xinjin. UHMWPE spinning and performance test of composite yarn[J]. Journal of Silk， 2021， 58（4）： 24-28.

[18]SANKAUSKAIT A， RUBE?IEN V， KUBILIEN D， et al. Investigation of thermal behavior of 3D PET knitswith different bioceramic additives[J]. Polymers， 2020， 12（6）： 1319.

[19]王歡歡， 趙曉明. 石墨烯柔性復合材料吸波性能的研究[J]. 絲綢， 2021， 58（1）： 18-26.

WANG Huanhuan， ZHAO Xiaoming. Study on microwave absorbing properties of graphene flexible composites[J]. Journal of Silk， 2021， 58（1）： 18-26.