（材料学专业论文）甲壳素丝蛋白纤维复合医用生物敷料的制备及性能研究.pdf

摘要 医用敷料是用于治疗皮肤损伤的制品，其作用是覆盖、保护受损伤的皮肤和 提供有利于创面愈合的环境。湿润愈合理论的建立，使医用敷料朝着具有密闭和 半密闭性生物敷料的趋势发展。 甲壳素由于具有良好的可生物降解性、抑菌性、止血和止痛、抑制结疤、促 进细胞生长，加速伤口创面愈合等功能而被广泛地应用在医用敷料领域；丝蛋白 纤维由于具有良好的生物相容性、可降解性以及良好的吸湿性使其在医用敷料上 亦得到了广泛应用。本文将两种纤维复合制备无纺布敷料，综合两种纤维的优点， 制备了性能更佳，更具临床实用价值的复合医用生物敷料。 本文采用湿法成型非织造布技术，制备了甲壳素含量分别为o 、2 0 、4 0 、5 0 、7 0 、8 0 、1 0 0 的七种甲壳素丝蛋白纤维复合医用生物敷料，研 究了各种比例复合敷料的抗张强度、吸收性能、透气度、柔软度以及抗菌性能， 并与已拿到医疗生产许可证的针刺法与水刺法制备的壳聚糖敷料进行了对比分 析。 研究结果表明：甲壳素丝蛋白纤维复合医用生物敷料的透气度、柔软度和抗 菌性随着甲壳素含量的增加而增强，而吸水性和抗张强度则随着甲壳素含量的增 加而逐渐减弱。甲壳素含量为7 0 一8 0 的复合敷料综合性能最佳。其抗张强 度较针刺法与水刺法制备的壳聚糖敷料稍低，而吸收性能则优于后者；透气度、 柔软度和抗菌性能亦达到或接近针刺法与水刺法壳聚糖敷料。 对甲壳素含量为7 0 、8 0 的两种复合敷料进行了治疗烧伤创面的临床实 验。结果表明，7 0 和8 0 两种甲壳素含量的复合敷料有显著加速烧伤创面愈合 的作用，而这两种复合敷料对创面的愈合没有显著差别；复合敷料在不加任何抗 菌剂的条件下仍能抑制细菌生长，有效防_ 【 = 创面感染。 关键词：甲壳素；丝蛋白纤维；湿法非织造布；医用敷料；临床实验 a b s t r a c t w o u n dd r e s s i n gi st h ep r o d u c tt h a tu s e dt oh e a lt h ei n j u r yo fs k i n t h ee f f e c to f t h ew o u n dd r e s s i n gi st oc o v e ra n dp r o t e c tt h ei n j u r e ds k i n ，m o r e o v e r , p r o v i d ea e n v i r o n m e n tt h a tb e n e f i c i a lt ot h eh e a l i n go ft h ew o u n d s b a s e do nt h ew e t n e s s h e a l i n gt h e o r y , w o u n dd r e s s i n gi sd e v e l o p i n gt o w a r d sc l o s e da n dh e m i c l o s e d b i o l o g i c a ld r e s s i n g s d u et ot h ef u n c t i o n so ff a v o r a b l eb i o d e g r a d a b l e ，a n t i b a c t e r i a la c t i v i t y , h e m o s t a s i s a n da n a l g e s i c ，r e s t r a i ns c a b ，a c c e l e r a t ew o u n d sh e a l i n g ，c h i t i ni sw i d e l ya p p l yi nt h e w o u n dd r e s s i n gf i e l d f i b r o i nf i b r eh a v ef a v o r a b l eb i o c o m p a t i b i l i t y , b i o d e g r a d a b l e a n df a v o r a b l eh y g r o s c o p i c i t y , i ta l s os u i t a b l et oa p p l yi nt h ew o u n dd r e s s i n gf i e l d t h i sp a p e rh a sp r e p a r e dn o n w o v e nf a b r i cd r e s s i n gw i t hc h i t i na n df i b r o i nf i b r e ， c o m b i n et h ea d v a n t a g e so ft h et w ok i n d sf i b r e ，m o r ec l i n i cp r a c t i c a l i t yc o m p o s i t e b i o l o g i c a ld r e s s i n gw e r eg a i n e d t h i sp a p e ra d o p tt h et e c h n i q u eo fw e tp r o c e s sm o l d i n gn o n w o v e nf a b r i c ，t h e c o m p o s i t eb i o l o g i c a ld r e s s i n gw i t ht h ec o n t e n to fc h i t i no ，2 0 ，4 0 ，5 0 ，7 0 ，8 0 ，10 0 r e s p e c t i v e l yw e r ep r e p a r e d ，t h et e n s i l es t r e n g t h ，a b s o r b a b i l i t y ，a i r p e r m e a b i l i t y ，s o f td e g r e ea n da n t i b a c t e r i a la c t i v i t yo f a l lp r o p o r t i o nc o m p o s i t e b i o l o g i c a ld r e s s i n gw e r er e s e a r c h e d ，t h e nc o n t r a s tw i t ht h en e e d l e - p u n c h i n gm e t h o d a n ds p u n l a c i n gc h i t o s a nd r e s s i n g t h er e s u l ts h o w st h a t ：t h ea i rp e r m e a b i l i t y , s o f td e g r e ea n da n t i b a c t e r i a la c t i v i t yo f t h ec o m p o s i t eb i o l o g i c a ld r e s s i n gw i l le n h a n c e dw i t ht h ec o n t e n to fc h i t i ni n c r e a s e d ， w h il et h ea b s o r b a b i l i t ya n dt e n s i l es t r e n g t ho ft h ec o m p o s i t eb i o l o g i c a ld r e s s i n gw i l l w e a k e n e dg r a d u a l l yw i t ht h ec o n t e n to fc h i t i ni n c r e a s e d t h ec o m p r e h e n s i v e p r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t eb i o l o g i c a ld r e s s i n gw i t ht h ec o n t e n to fc h i t i n 7 0 - 8 0 i s o p l ir e a l i t st e n s i l es t r e n g t hl o w e rt h a nn e e d l e p u n c h i n gm e t h o da n ds p u n l a c i n g c ht o s a nd r e s s i n g ，b u ta b s o r b a b i l i t yb e t t e rt h a nt h el a t t e r airp e r m e a b i l i t y , s o f td e g r e e a n da n t i b a c t e r i a la c t i v i t yc o u l da c h i e v eo ra p p r o a c ht h en e e d l e - p u n c h i n gm e t h o da n d s p un l a c i n gc h i t o s a nd r e s s i n g i i c l i n i c a le x p e r i m e n to ft h ec o m p o s i t eb i o l o g i c a ld r e s s i n gw i t ht h ec o n t e n to f c h i t i n 7 0 ，8 0 w a sc a r r i e do u t t h er e s u l ts h o w st h a t ：t h ec o m p o s i t eb i o l o g i c a l d r e s s i n gw i t ht h ec o n t e n to fc h i t i n 7 0 ，8 0 h a v er e m a r k a b l ep r o m o t i n ge f f e c to nt h e h e a l i n go fb u mw o u n d s ；t h ec o m p o s i t eb i o l o g i c a ld r e s s i n gw i t ht h ec o n t e n to f c h i t i n 7 0 a n d8 0 h a v en or e m a r k a b l ed i f f e r e n c eo nt h et i m eo fh e a l i n g t h e c o m p o s i t ed r e s s i n gc o u l dr e s t r a i nt h eg r o w t ho fb a c i l l iw h e n1 1 0a n t i b a c t e r i a la g e n t w a s a d d e d ，p r e v e n tt h ei n f e c t i o no f t h eb u mw o u n d se f f e c t i v e l y k e yw o r d ：c h i t i n ；f i b r o i nf i b r e ；w e tn o n w o v e n ；w o u l dd r e s s i n g ；c l i n i c a l e x p e r i m e n t i i i 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 日翥了鬻耄荨辫日期：2 栌p 年月“，d 日 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口 。 年解密后使用本版权书。 指导教师签名： 日期：慨乡月形日 孙之， 糍水 储矽 文论 ： 位期学日 浙江理工大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 医用敷料是用于治疗皮肤损伤的制品，其作用是覆盖、保护受损伤的皮肤和 提供有利于创面愈合的环境【1 1 。传统的医用敷料是以脱脂棉纱布、纱布条、棉球 和棉垫等天然纤维性材料为代表【2 1 ，主要起到物理隔离与保持伤口干燥的作用。 但该类敷料易被细菌感染，易与渗出物结痂，与伤口粘连，换药时会造成新的创 伤和导致疼痛，另外还存在保湿能力差、止血和凝血性不好、换药工作量大等不 足。 自七十年代以来，w i n t e r 、h i n m a n 及m a i b a e h 等提出创伤修复的 湿润愈合” 理论【3 】，被欧美医学界确认并广泛应用于临床治疗。2 0 0 0 年8 月美国食品与药品 管理局( f d a ) 在新颁布的创面医疗用品( 外用药和敷料) 的行业指南中特别强调， 保持创面的湿润环境是标准的处理方法。这标志着新型医用生物敷料已成为创面 敷料的主流产品。目前在美国、欧洲等经济发达国家和地区的使用量已经达到全 部医用敷料用量的7 0 左右。 现代医用生物敷料一般应满足以下几个条件【4 】：具有较好的保湿吸湿性， 能够有效保留伤口渗液同时不会形成积液。与伤口组织的粘连程度小。不易与 创面渗液粘连成痂，减轻换药时的疼痛和造成新生组织损伤。具有一定的抗菌 抑菌性，防止伤口感染及减小难闻气味的产生。与人体有良好的生物相容性， 对人体不会产生刺激和引起中毒、病变等。 现代医用生物敷料品种多样，就其材料来源来说有天然材料和人工合成高分 子材料两大类【5 。1 3 】。 一、天然材料类 l 、对传统植物敷料的改性。为解决纱布敷料的缺点，人们采用了各种方法，目 前常采用的方法有浸渍或涂层方法以及化学改性的方法，以解决纱布敷料粘 连伤口、不隔菌、保湿能力差和i e 血、凝血性不好等不足， 2 、动物敷料。动物敷料包括同种皮肤移植物、异种皮移植和胶原敷料等。同种 皮肤移植是覆盖创面的最理想方法，但对于大面积创伤病人( 5 0 体表面积) ， 同种体皮的来源就颇感不足。异神皮移植是一种来源、储存和消毒都比较方 浙江理工大学硕士学位论文 便的敷料。目前常用的异种皮有猪皮和青蛙皮等，但易造成人体的排异反应。 胶原是一种常用的医用高分子材料，作为一种生物性创伤敷料具有许多优点， 易于大量分离、纯化，其免疫原性及水蒸汽的通透性可以调整。 3 、矿物类敷料。矿物类敷料以硅胶敷料为代表，它是由硅、氧原子靠碳氢键结 合起来的聚合物，具有稳定的物理与化学性质，不溶于水，加热后不发生化 学反应，有一定的粘滞性。 4 、天然多糖类敷料。主要代表有甲壳素敷料和海藻酸敷料。壳聚糖是从蟹壳、 虾皮或真菌的膜中提取并经脱乙酰化而形成的一种多聚糖胺。它对创面渗出 液吸水性好，透气性好，对伤口渗血有止血作用，且能促进创面愈合，并可 作为药物的缓释放载体。壳聚糖免疫原性很弱，且无毒性，与生物组织的相 容性好，是作为外科创面应用的较好材料。藻酸盐类敷料是以藻酸盐纤维为 基底制成的，其主要成份是藻酸，它是从海藻植物中提取的天然多糖。这种 材料生物相容性好，对人体无毒，不仅可制成柔软的贴附性膜，还可制成喷 涂敷料。 二、人工合成高分子材料类 人工合成高分子材料是现在研究较多的医用材料。而且随着化学合成工业的 发展，合成材料敷料的品种也越来越多，主要有以下几类： 1 、薄膜型敷料。薄膜型敷料包括液体敷料和薄膜创伤敷料。液体薄膜是将液体 敷料用喷涂、刷涂或其它方法薄薄的涂覆在皮肤上作为保护层或药物载体： 薄膜创伤敷料是由一面涂覆了压敏胶的合成聚合物胶体组成，并且大多数材 料是弹性体。目前可用作膜材料的主要有增塑p v c ，聚乙烯腈、聚己内酯、聚 乳酸、聚氨酯类和聚四氟乙烯、硅氧烷弹性体等。 2 、水解胶体敷料。水解胶体敷料是由聚合的基材及粘接在基材上的水解胶体混 合物组成，这类水解胶体混合物主要是由明股、果胶和甲基纤维素组成，在 胶体混合物中掺进液体石蜡和橡胶粘结剂，侵得敷料比较容易粘附在伤口上， 但这种敷料比薄膜敷料要厚。 3 、水凝胶敷料。水凝胶敷料是在可渗透的聚合物衬垫上使用了水凝胶材料，聚 合物衬垫的存在阻止了伤口表面的脱水和干悭。尽管这类敷料比较厚、柔软， 对伤口有一定的保护作用，但是吸收了渗出# ，的水凝胶在干燥以后，敷料变 2 浙江理工大学硕士学位论文 硬，易导致伤口表面损伤，变得不舒适。 4 、泡沫类敷料新型的泡沫类敷料主要由聚氨酯和聚乙烯醇泡沫组成。外层为疏 水材料，内层为亲水材料。此类敷料具有多孔性，表面张力低，富有弹性， 可塑性强，轻便，对渗出液的吸收力可达到敷料自身重量的1 0 倍对氧气及 二氧化碳几乎完全通透，可作为药物载体。适用于中量至大量渗液的伤口。 1 2 本研究的意义 创伤是一种多发性的社会疾病。伴随着社会的进步与经济的发展呈现递增的 趋势。在美国，2 0 世纪初创伤居社会种类死因的第七位，至! u 2 0 世纪末就已上升到 整个人群的第三位。据统计，在我国，2 0 世纪6 0 年代，创伤居城市死亡人口的第 五位，农村的第四位，到近年就已上升到城市死亡人口的第三位，而且其中的 “多发伤、危重伤、成批伤员比例成明显上升趋势。据不完全统计，每年因创伤 住院的病人已占住院总人数的第二位，年平均增长幅度为7 2 ，与我国经济增 长的速度基本相同。因此，创伤被国际医学界公认是一种现代社会疾病，是“世 界第一公害，而为创伤医疗服务的医用产品也已形成不断上升的庞大市场【l4 1 。 而随着科技的进步和人们对医疗产品要求的提高，传统敷料简单的保护创面功能 已经不能满足患者的医疗需求。新型的、具有加速创面愈合，抑制细菌生长，降 低感染，减轻疼痛，减小疤痕等功能性的生物敷料必然将逐步取代传统敷料。据 统计，在发达国家这种新型的生物医用敷料的市场占有率已达7 0 以上，而我国 对新型医用生物敷料的使用还很少，只局限与北京、上海等一些发达地区。因此， 在我国开发价格合适，性能优异新型医用生物敷料将具有更为深远的意义。 甲壳素经脱乙酰化后制备的壳聚糖甲壳素纤维，是迄今为止发现的唯一天 然碱性多糖纤维，在其纤维的大分子结构中含有羟基和氨基2 种官能团，兼有植 物组织中纤维素和高等动物组织中胶原蛋白质纤维的生物活性，因而与人体有很 好的生物相容性和生物活性，具有良好的吸湿透气性，优异的广谱抗菌性能，明 显的止血和止痛效果。是制备医用生物敷料的最佳材料之一。 以甲壳素为原料制备的功能性医用敷料一直是国内外研究开发的重点之一。 在国外早在八十年代就开始研究，已经开发出了可吸收缝合线、人造皮肤、体表 止血敷料、体表促愈敷料等产品，临床应用效果显掣1 5 】。但这类敷料价格高昂， 不能被普通患者所接受。国内也有许多研究机构和厂家研究制备甲壳素医用敷 浙江理工大学硕士学位论文 料，但普遍存在着生产成本过高，生产过程中必须加入某些化学添加剂，透气吸 液能力较差，易造成伤口的局部积液，拉伸强度不能满足实际应用的要求，在使 用中容易破裂等缺点，极大地限制了在临床中的应用。 针对以上问题，本文以甲壳素纤维为基本原料，加入透气吸湿性能较好的丝 蛋白纤维蛋白纤维，首次采用特殊长网成型的抄纸法制备甲壳素丝蛋白纤维复 合非织造布医用敷料。利用物理手段和特殊抄造方法，使该医用敷料达到一定的 力学强度。在生产过程中，不加入任何化学添加剂，不会产生新的污染。由于丝 蛋白纤维蛋白纤维的加入，将改善敷料的透气吸湿性，防止局部积液的产生。该 复合医用敷料具有良好的止血效果和抗菌抑菌性能，在应用过程中，可从目前的 每天换一次药，可延至几天甚至不换药，降低了医用垃圾的产生及细菌的传播扩 散。而且甲壳素纤维和丝蛋白纤维均为天然高分子材料，在自然条件下可快速降 解，是环境友好型材料。同时该敷料生产方法简单，与纯甲壳素医用敷料相比成 本明显降低，从而更能为广大普通患者所接受。 4 浙江理工大学硕士学位论文 第二章文献综述 近年来，甲壳素由于其独特的生物医疗作用而被广泛地应用在医用领域，而 将其应用在医用敷料上的研究更是当前国内外的热点。丝蛋白纤维由于具有良好 的生物相容性、吸湿性以及可生物降解亦被广泛地应用在医用敷料领域。 2 1 甲壳素的结构及生物医疗作用 2 1 1 甲壳素的结构 甲壳素又称蟹壳素、甲壳质，是一种含氨基多糖的天然高分子物质，其化学 名称为( 1 ，4 ) 一2 一乙酰胺基- 2 - 脱氧d d 葡萄糖，或简称聚乙酰胺基葡萄糖。该 物质不仅存在于虾、蟹的外壳，而且在蘑菇、木耳、藻类、贝类、软骨动物( 如 鱿鱼、乌贼) 的软骨和表皮、节肢动物( 昆虫) 以及真菌类的细胞壁中也广泛存在。 与煤炭、石油等不可再生资源不同，甲壳素每年的生物合成量达百亿吨以上，是 地球上仅次于纤维素的第二大有机可再生资源【1 6 】。 由于甲壳素分子中具有稳定的环状结构以及大分子之间存在强的氢键作用， 性质非常稳定，既不溶于水，也不溶于稀酸、稀碱等一般的有机溶剂，所以单纯 的甲壳素又叫做不溶性甲壳素【1 7 】。后来人们经过长期研究，发现在碱性条件下 将甲壳素进行水解，脱去其分子中的部分乙酰基( 目前技术脱乙酰化可以达n 9 7 左右) ，就转变为可溶性甲壳素。可溶性甲壳素又称脱乙酰甲壳素、甲壳胺或 壳聚糖，其化学名称为( 1 ，4 ) - 2 - 胺基一2 一脱氧d d 一葡萄糖，或简称聚胺基葡萄 糖。与甲壳素相比，壳聚糖不但溶解性大为提高，而且在一些特性如保湿性、抗 静电性、生物相容性、抗菌性及物化性质方面有明显的改善。从结构上看，甲壳 素、壳聚糖的化学结构与天然纤维素相似，不同之处是纤维素在2 位上是羟基， 甲壳素在2 位上是乙酰胺基，而壳聚糖则在2 位上是胺基。甲壳素是许多n 一乙酰 基d 胺基葡萄糖通过p 1 ，4 甙键连接起来的直链高分子多糖。纤维素、甲壳素 和壳聚糖的分子结构如下图所示l l 引。 5 浙江理工大学硕士学位论文 二e 一艮鼍 一 6 乎客矗 瀚咎一 弋鲇 浙江理工大学硕士学位论文 有不饱和阳离子基团，对带负电荷的各类有害物质如细菌、真菌和病毒等有 强大的吸附作用，故具有广泛的抑菌作用，如对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、 白色念珠菌等，尤其对革兰氏阴性细菌作用更显著，对一般抗生素难以抑制 的白色念珠菌也有作用。其抑菌机理是因氨基带正电荷，能与细菌粘附在一 起，干扰细菌外壁的代谢，电镜下可见菌壁变形。 3 、止血和止痛功能 血液中红细胞间相互排斥是其不凝集的重要原因，相互排斥来源于细胞膜上 的负电荷。这些负电荷由红细胞膜表面神经氨基酸残基产生，甲壳素和壳聚 糖表面的正电荷与红细胞表面神经氨基酸残基的受体( 带负电荷) 的相互作用 而使负电荷减少。甲壳素和壳聚糖通过对红细胞明显而直接的粘附和凝集作 用，实现良好的止血作用；可给人体一种清凉、止痛、舒适的感觉，因此具 有一定的镇痛的作用。 4 、抑制结疤功能 创面肉芽组织中成纤维细胞过度增生是疤痕形成的重要因素。实验证明甲壳 素和壳聚糖具有抑制成纤维细胞生长，促进表皮角化细胞生长与加速创面愈 合的功能，因此能够使创面产生较小的疤痕或无疤痕。 5 、促进细胞生长，加速伤口创面愈合 甲壳素和壳聚糖具有的基本单元是人体内存在的氨基葡萄糖，对组织细胞有 良好的亲和性，是组织细胞快速繁殖的良好营养物，可促进人体表皮角质化 细胞的生长，加速组织修复。其作用机制是因甲壳素和壳聚糖的分解物n 一乙 酰葡萄糖胺( n a g ) 是皮肤组织的主要成分，有利于创碡i 愈合；甲壳素及衍生物 对与创面愈合相关的细胞激活有关，如巨噬细胞等。 2 2 甲壳素在医用敷料上的应用 目前将甲壳素应用在医用敷料上的研究较多，主要方式有将甲壳素粉末涂覆 到其他基材上、将甲壳素溶解制成薄膜材料、将甲壳素多f 维制成无纺布材料以及 甲壳案衍生物类等【2 1 。3 9 1 。 一、f p 壳素粉末类 k o 等人报道了一种水溶性甲壳素的伤口治疗敷料这种水溶性甲壳素是 7 浙江理工大学硕士学位论文 通过控制甲壳素的脱乙酰度至m j 5 0 。对比实验发现伤口治愈快慢顺序是水溶性甲 壳素溶液、水溶性甲壳素粉末和壳聚糖粉末。 m i z u n o 等人【4 1 j 也认为壳聚糖是一种很好的伤口愈合材料，他们将碱性成纤 维细胞生长因子( b f g f ) 与壳聚糖复合，制备出新型的伤口敷料，加快了伤口的愈 合速度。 为了改善角蛋白的抗张强度t a n a b e 等人【4 2 】在角蛋白中加入1 0 一3 0 的壳聚 糖形成一种复合膜。这种膜呈现出更好的抗菌性，支持纤维原细胞的结合以及增 殖，使得这种角蛋白一壳聚糖膜具有使得伤口愈合的特性。 在伤口敷料中引入抗菌剂也是另一个研究热点。l e e 4 3 1 用p 一甲壳素与聚乙 二醇结合形成凝胶。然后加入磺胺嘧啶银，然后冻干成敷料。实验结果表明在伤 口愈合中控制了感染。 将甲壳素粉末涂覆到其他基材上制备的敷料利用了甲壳素抗菌、促进愈合等 优点，但存在甲壳素粉末与基材的结合牢度问题，从而影响其使用效果。 二、甲壳素膜材料类 s u c h 报道利用真菌g a n o d e r m at s u g a u e 的菌丝生产甲壳素，得到了新型伤口 敷料s a c c h a c h i t i n 膜 删。制备过程为：首先处理菌丝以除去蛋白质和色素，然后 分离纤维到l o 5 0 u m 直径范围最后在无菌条件下冻干成膜。动物实验表明：该敷 料具有促进伤口愈合的作用，无细胞毒性。 m i f l 等人【4 5 1 制备了不对称壳聚糖膜。这种不对称膜有两层结构，上层为致 密层，可以防止外界细菌的侵入并阻止伤口水分的散失，维持湿润的愈合环境。 下层为海绵层，可以吸收伤口的分泌物。这种不对称膜能和伤口表面很好的结合 在一起，促进伤口愈合。载入磺胺嘧啶银使这种不对称膜具有很强的抗菌性。 y a h x l 等制各出壳聚糖和藻酸盐结合而成的聚电解质膜，并且将其用于伤口 敷料。这些不溶f 水的却可生物降解的壳聚糖一海藻酸盐电解质膜在不同的p h 下都很稳定，而且具有很好的药物缓释功能【4 6 1 。 s p a r k e 、$ 1 3 m u l t a y 4 7 1 报道了一种由壳聚糖和明胶混合而成的外科敷料。首 先将壳聚糖溶于适当的酸中，保持溶液的p h 值在2 3 ，接着加入水溶性的明胶。 为了降低敷料的脆性，向其中加入一定量的增塑剂例如甘油和山梨醇。在平板上 流延成敷料膜，j ：在室温下干燥。与传统生物敷料相比，该实验所制散料有很好 浙江理工大学硕士学位论文 的粘附性。 甲壳素膜材料使用比较方便，但因为在溶解过程中引入了一些化学试剂，可 能会对人体产生一定负面影响，使甲壳素膜材料的应用受到了限制。 三、甲壳素衍生物类 m u z z a r e l l i 【4 8 1 报道了一种壳聚糖新的衍生物：甲基吡咯烷酮壳聚糖，在医学 应用上很有发展前途。甲基吡咯烷酮壳聚糖与明胶，聚乙烯醇，聚乙烯吡咯烷酮 和透明质酸等聚合物具有很好的相容性。用甲基吡咯烷酮壳聚糖制备的伤口敷 料，可以用于创伤和褥疮的治疗，它具有促进伤口愈合、防止疤痕产生的功能。 它较好的组织相容性和可生物降解性，一旦被用于伤口，甲基吡咯烷酮壳聚糖在 溶菌酶作用下生成低聚体。 y u s o f 用羧甲基甲壳素制备伤口敷料 4 9 1 羧甲基化使其具有很强的吸液能力 从而可以吸收伤口中的分泌物。i s h i h a r a 等人 5 0 巧1 j 研制出一种新的壳聚糖衍生 物，这种衍生物可以通过光交联在伤口部位生成水凝胶，动物实验表明，它有加 快伤口愈合的功能。 甲壳素衍生物类敷料大多都要经过相对复杂的化学过程，不但引入了化学试 剂，还增加了制作成本，因此这类敷料应用较少。 四、甲壳素无纺布敷料 n a r a 等人【5 2 1 申请了一项伤口敷料专利。该专利通过湿纺技术制备了一种甲 壳素无纺布。制备过程为：甲壳素粉末在4 下用l m o l l 的h c i 处理一个小时。然 后加热到9 0 用0 3 的n a o h 处理3 个小时以除去甲壳素粉末中的钙和蛋白质，重 复冲洗最后干燥。生成的甲壳素溶解在含有7 w t 无水氯化锂的二甲基甲酰胺溶液 中形成7 的粘稠液。过滤和脱泡后，粘稠液通过0 0 6 m m 直径的喷嘴$ 1 2 0 0 孑l 洞中 挤出，以丁醇为凝固浴，纺丝温度为6 0 。c ，速度为2 2 9 m i n 。甲壳素凝结出来， 收集速度为l o m m i n 。形成的纤维的纤度为0 7 4 d t e x ，强度为2 8 9 d e n 。然后将 纤维烘干，切成一定长度。盎：后用聚乙烯醇作为粘合剂，制备出甲壳素无纺布敷 料。 k i f u n e 等人【5 3 】也研制成种新型伤口敷料，商品名为：b e c h i t i n w ，是由甲 壳素无纺布组成，通过临床多j 验证明，它可以大大加快伤口愈合速度。k i m 和m i n 5 4 己经研制出一种壳聚糖伤口哆| ( 料，在伤口上高分子量的壳聚糖被组织中的酶降解 9 浙江理工大学硕士学位论文 为低聚糖，从而促进伤口愈合，实验证明：这种材料对伤口的上皮组织再生非常 有效。 英国纺织技术部门申请了以甲壳素为原料的无纺布敷料【5 5 。5 9 1 。这个方法中使 用的甲壳素壳聚糖纤维不是通过传统的纤维纺织技术生产的，并且原材料也不 是从虾壳，而是从微真菌丝体中得到的。这是一种新方法，不是用动物作为原始 材料，而且方法简单，污染小。用这种产生的纤维和普通的纺织纤维完全不同。 它们有高度的分支和不规则结构。干燥的纤维很脆，因此在制备过程中需要向其 中加入增塑剂。 s z o s l a n d 等【6 0 1 在2 5 3 0 c 下用高氯酸作为催化剂，用丁酸酐处理甲壳素得 到了分子量很高的二丁酰甲壳素，这种甲壳素衍生物具有很好的可纺性，将2 0 一- - 2 2 w t _ - 丁酰甲壳素溶液通过干纺，以丙酮为凝固浴，纤维的力学性能甚至超过 甲壳素纤维。在日本己有用壳聚糖、甲壳素纤维制备伤口敷料用于临床。 在国内，吴清基【6 i 】在这方面做了大量的研究工作，已成功地将壳聚糖无纺 布、壳聚糖流涎膜、壳聚糖涂层纱布等多种医用敷料用于临床，其中用壳聚糖醋 酸溶液制成的壳聚糖无纺布，用于大面积烧、烫伤，效果良好。研究表明：从壳 聚糖制备伤口覆盖膜，含水量7 6 ，张力强度6 5 m p a ，延伸度21 0 ，撕裂强度 5 3 k n m ，具有很好的生物相容性和抗病毒性，并能促进创面的愈合。 楼宝城吲亦成功研制出新型敷料人造皮肤。该敷料在治疗过程中对创伤无 刺激、无过敏、无毒性反应，且比常规疗法的愈合速度快若干倍，是一种优良的 创伤敷料。 海南欣龙无纺实业有限公司以甲壳素纤维为原料，研制开发了甲壳素水刺无 纺布。用这种无纺布制造的人工皮肤色白、半透明、质软光滑、有良好的弹性和 抗张强力，可产生隔绝外界空气，抑制细菌，避免交差感染等功能。甲壳素水刺 无纺布也可用作医用敷料、创可贴等创面保护覆盖材料，其高强力和良好的吸湿 透气性能吸收出血和渗出液，为伤口愈合提供良好的环圳1 6 】。 为了降低甲壳素医用敷料的成本，徐军等人采用缎纹组织和经纬交织的方法 设计了甲壳素棉机织复合医用敷料。结果表明该种复合敷料在力学性能、吸湿 透气性能和抗菌性等方面均好于纯甲壳系无纺布。该敷料减少了甲壳素的用量， 实现了降低成本，并且其性能达到了医川敷料的要求【6 3 1 。 浙江理工大学硕士学位论文 青岛海洋大学和青岛医学院研制的壳聚糖人造皮肤很有特色，除了壳聚糖和 胶原蛋白掺用外，还加入了中药有效成分。这种医用壳聚糖敷料具有促进创面愈 合、止血的作用，同时能够抑制细菌的生长，与创面贴敷性好，制备工艺简单， 是一种具有开发前景的医用敷料。 将甲壳素制备成无纺布是甲壳素在医用敷料应用上的主要方式，占整个甲壳 素类敷料的7 0 以上。目前，甲壳素无纺布的成型主要采用的是针刺法和水刺法， 而这类成型方法的能耗较大，从而使甲壳素无纺布的成本相对较高。 2 3 丝蛋白纤维的结构及性能 2 3 1 丝蛋白纤维的结构 本文选用的蛋白纤维是丝蛋白纤维。蚕丝是由丝蛋白纤维及丝胶组成，两 根极细的丝蛋白纤维相互胶合在一起再由丝胶包裹起来。蚕丝中丝蛋白纤维的含 量可达7 0 - 8 0 ，丝胶大约占蛰j 3 0 - 2 0 ，此外，还含有极少量的蜡质、碳水化合 物、色素和灰分。 丝蛋白纤维是由1 8 种氨基酸以一定的顺序由肤键相连而成，其中甘氨酸 ( g l y ) 、丙氨酸( a l a ) 、丝氨酸( s e r ) 、酪氨酸( t y r ) 为主要成分，约占氨基酸总 量的8 0 。丝蛋白纤维的聚集态结构被认为是由结晶态和无定形态两部分组成。 丝蛋白纤维分子的构象为s i i ki 和s i l ki i 结构。s i l ki 结构包括无规线团和伐 一螺旋，s i l ki i 结构呈反平行b 一折叠。在结晶结构的丝蛋白纤维尤其是s i l ki i 巾，相邻链段之间的氢键和分子间引力使它们结合得相当紧密，抵抗外力拉伸的 能力强，在水中仅膨胀而不溶解，但可在一些特殊的中性盐中形成黏稠液体，透 析除盐可得丝蛋白纤维的纯溶液。而无定形丝蛋白纤维中链段间结合力较弱，易 溶于水，吸湿性强，抵抗外力能力弱，对酸、碱、盐、酶和热的抵抗力较弱。s i l k l 和s i l ki i 两种构型均能从溶解状态的丝中获得，获得哪种结构取决于结晶条 件。s i i ki i 构型l k , s i l ki 稳定，干燥过程中任何机械震动都会导致s i l ki 构型 转为s i i ki i 构型，也可通过改变温度、溶剂极性( 如甲醇，乙醇，甲酸，二甲 b 每甲酰胺等) 、溶液p h 变化、置于电场中和应力作用等条件来实现构型的转变 6 5 】。 2 3 2 丝蛋白纤维的性能 6 6 , 6 7 3 l 、良好的生物相容性 浙江理工大学硕士学位论文 丝蛋白纤维本质上是由氨基酸组成的蛋白质，因此具有良好的生物相容性。 孙皎等人采用细胞增殖度试验和溶血试验，对医用丝蛋白纤维蛋白皮肤再 生膜进行了细胞毒性和溶血反应的实验研究。结果表明：该再生膜无明显细胞 毒性存在，溶血率为1 1 5 。医用丝蛋白纤维蛋白皮肤再生膜具有良好的细胞 相容性。 2 、可降解性 丝蛋白纤维是可生物降解的，这是因为丝蛋白纤维对蛋白水解酶敏感。但是 其降解需要较长的一段时间，因为蛋白质水解降解通常由一种异体反应来控 制。 3 、良好的吸湿性 丝蛋白纤维丝蛋白纤维是由天然蛋白分子所构成，其分子结构中含有一定数 量的氨基、羟基、羧基等亲水性基团，因此具有良好的吸湿性。 2 4 丝蛋白纤维在医用敷料上的应用 目前，将丝蛋白纤维应用在医用敷料上的主要方式是将丝蛋白纤维溶解制成 膜材料，然后将所制成的膜进行物理和化学的改性。国内的浙江入学和苏州大学 在这方面作了较多研究。 闵思佳等人用蚕丝研制出一种新型的“人造皮肤”，这种人造皮肤可以做成 任意形状，最薄可以做到o 5 m m ，韧性和贴附性都非常好，而且很容易保存，有 望用于治疗大面积皮肤缺损，并促进皮肤愈合，减少疤痕。 张幼珠6 9 1 研制了一种抗菌蚕丝复合纳米纤维材料，该方法将纯丝蛋白纤维、 抗菌剂等分别溶解于极性溶剂中，采用静电纺工艺，制得了平均直径为4 0 l o o n m 的纳米纤维无纺膜。该产品与人体有很好的组织相容性，具有优异的透气透水性， 抗菌剂均匀地分布与纳米纤维内，药物释放效果好，是一种较为理想的抗菌创面 医用材料。 王朝霞川等人将p v p 与s f 共混。二者具有优异的相容性，制成的共混膜透明、 均匀。二者分子间形成氢键，聚集态结构发生变化。p v p 与s f 的酉比为3 ：7 时的 共混膜力学- r ：能、柔软性、吸湿性和透汽性适合于做创面保护材料。 叶勇7 1 1 锋人为改善丝蛋白纤维膜的性能，在丝蛋白纤维溶液l p 添加了甘油 1 2 浙江理工大学硕士学位论文 和戊二醛后制膜。结果表明这种丝蛋白纤维膜质地湿润、光滑、柔软而富有弹性， 持水性增强、耐水性能和相对伸长大幅度提高，其综合性能指标优于表面经8 0 甲醇处理的丝蛋白纤维膜。 丝蛋白膜材料虽具有生物相容性好，减少疤痕等优点，但也存在一些问题。 首先是其不具有抗菌作用，在一定程度上还会促进细菌的生长与繁殖；其次这种 膜材料透气性较差；再者丝蛋白膜材料制作成本较高，难以市场化。 1 3 浙江理工大学硕士学位论文 第三章甲壳素丝蛋白纤维复合医用生物敷料的制备 甲壳素在医用敷料上的应用大多是制备成无纺布形式的。本文采用湿法成型 无纺布技术，制备了一系列不同比例的甲壳素丝蛋白纤维复合医用生物敷料。 3 1 无纺布成型工艺综述【7 2 , 7 3 】 无纺布的定义为：定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合或粘合或这些方法 的组合而制成的片状物、纤网或絮垫( 不包括纸、机织物、针织物、簇绒织物、 带有缝编纱线的缝编织物以及湿法缩绒的毡制品) ，其纤维可以是天然纤维或化 学纤维；可以是短纤、长丝或当场形成的纤维状物。 无纺布的成型按其成网形式来分有干法无纺布、湿法无纺布和聚合物直接成 网法( 也称螺杆挤压法) 无纺布。 3 1 1 干法无纺布 干法是无纺布生产中应用最广泛、发展历史最长的一类生产方法，它是采用 短纤维在干燥状态下经过机械、气流、力学、静电或它们的结合方式形成的单向 的、二维的或三维的纤维网，然后再采用机械、化学或热的方法加固而成无纺布 的工艺或产品。它可以应用多种加固方法，加工多种纤维，生产各种产品，并具 有投资小，建厂快，市场适应性强等优点。其主要工艺流程包括： 第一步：梳理前准备。具有一定长度和线密度的散纤维，必须经过梳理才 能成网，再加工成各种无纺布。但梳理之前对原材料必须进行一系列的加工，才 能实现良好的梳理。这些加工就是梳理前的准备工程，包括原料的开松、混和、 加油水、闷放等。 第二步：梳理。经过开松、混和、闷放的散纤维混料，可连续通过管道喂给 梳理机，对纤维混科进行进一步加工。在干法无纺布生产过程中梳理工程是关键 工序，梳理工序的工艺质量直接影响后部产品的质量。 第三步：成网。由梳理机的加工使散纤维逐渐趋向单纤维化并附着在道夫表 面，实际在道夫表面已经成了网，所以也可以说是梳理成网。但是只有通过斩刀 或剥网机构剥下后，才能真正实现纤维网产品。剥网机构是成网的关键机构，目 前剥网系统主要有剥棉成网、杂乱威；阏和气流杂乱成网。 第四步：纤维网加固。所谓纤维t q 加固是指采用一定的方法使蓬松的纤维网 1 4 浙江理t 大学硕士学位论文 形成具有一定强度的、性能和符合要求的无纺布。加固的方法有化学粘合法、热 粘合法和机械法三类。 3 1 2 聚合物直接成网法无纺布 聚合物直接成网是近年发展较快的一类无纺布成网技术，它利用化学纤维纺 丝原理，在聚合物纺丝成形过程中使纤维直接铺置成网，然后纤网经机械、化学 或热方法加固而成无纺布；或利用薄膜生产原理直接使薄膜分裂成纤维状制品 ( 无纺布) 。聚合物直接成网包括纺丝成网法、熔喷法和膜裂法等。 其中纺丝成网法包括熔融纺丝直接成网法( 又称纺粘法) 、干法纺丝直接成网 法( 又称闪纺法) 和湿法纺丝直接成网法。 熔喷法是在抽丝的同时，采用高速热空气对挤出的细丝进行拉伸，使其成为 超细的无规则的短纤维，然后凝聚到多孔滚筒或网帘上形成纤网，再经自身粘合 或热粘合加固而得无纺布产品的一种工艺。 膜裂法是将聚合物吹塑成纤维片状膜，再经一定的方法如针割或刀切，让纤 膜形成空洞。在牵伸时，把膜变成纤维状而成膜裂纤网，这也叫原纤化技术成网 法。 聚合物直接成网技术的特点有：工艺流程短、生产能力高；产品机械性 能好；生产成本低；生产便于管理。 3 1 3 湿法无纺布 湿法无纺布，其英文名为w e t - l a i dn o n w o v e n ，寓意是以水作为介质 的纤维成型的无纺布形式，国际无纺布协会的定义是：“湿法成网是从水槽沉集、 悬浮的纤维而制成的纤维网，再经固网等一系列加工而成的一种纸状无纺布。” 通俗地讲，湿法无纺布是水、纤维或可能添加的化学助剂在专门的成形器中脱水 而制成的纤维网状物，再经物理或化学处理及加工后而获得的某种性能的无纺 布。 湿法无纺布的制备主要有以下几个步骤：原料的制备、纤维物料的流送和准 备、湿法成网、干燥加固和后处理。 第一步：原料的制备。湿法无纺布的生产过秘是从原料准备开始的，俗称备 料。即将纤维以水为介质制成的悬浮物，利用机械，与或流体的剪切力的摩擦作用， 将其分散成单根纤维，除去杂质，适合成网并达纠产品性能要求的过程。对于化 浙江理工大学硕士学位论文 学纤维来说，在备料之前，供应厂家已经根据用户的需要生产出不同长度和细度 的纤维原料。在成网前对纤维做机械处理效果不大，其主要任务是让纤维能与其 他纤维在水中充分地、均匀地混合和保持相对的稳定性。对于不同性质的植物纤 维来说，除了按品种的不同选择基本的纤维种类以外，还可以通过打浆的方式对 纤维进行机械处理，以最终达到成形的目的。在成网前经筛选机除去非纤维物质， 这样就基本上完成了湿法无纺布的生产备料工序。故备料的主要内容有打浆与碎 浆、净化与筛选、输送与储存。 打浆是湿法无纺布成型过程中一个很重要的环节。打浆是利用打浆设备转刀 ( 或飞刀) 与定刀( 底刀) 之间的机械、剪切、摩擦、水力冲击等作用，对纤维进行 疏解、切断、压溃、帚化与纵向分丝，其目的是利用机械力的作用处理纤维，使 其达到适应成网抄造的要求，生产出预期的、符合质量要求的的湿法无纺布。打 浆的作用主要有：疏解作用：使浆料中的纤维束分散成单根纤维；水化及压 溃作用：使纤维吸水后润胀，纤维细胞壁位移，增加了纤维的可塑性，使浆粕形 成胶体状：帚化作用：使纤维表面帚化并起毛，增加比表面，有利于纤维间相