殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的制備及其性能

吳 杰，吳海波，靳向煜

（東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620）

殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的制備及其性能

吳 杰，吳海波，靳向煜

（東華大學(xué) 紡織學(xué)院，上海 201620）

在不同水刺壓力下分別采用平行鋪網(wǎng)和交叉鋪網(wǎng)方式，制備了殼聚糖與黏膠混紡比為80／20和60／40的水刺醫(yī)用敷料，并對試樣的剛?cè)嵝?、液體吸收性、透氣性、水浸出液p H值和水中溶出物性能進(jìn)行了對比和分析.結(jié)果表明：殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的柔軟性、液體吸收性、透氣性、p H值和在水中溶出物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著殼聚糖纖維含量的增加呈上升趨勢；水刺壓力增大時(shí)，水中溶出物減少，p H值未見顯著變化，而柔軟性、液體吸收性和透氣性變差.

殼聚糖；黏膠；醫(yī)用敷料；水刺壓力；性能

傳統(tǒng)醫(yī)用敷料在保護(hù)傷口、防止細(xì)菌感染、吸收創(chuàng)面滲出液等方面起到了一定的作用［1］，但其容易粘連傷口，造成皮膚的二次損傷，限制了在臨床上的廣泛應(yīng)用.隨著醫(yī)用敷料發(fā)展的規(guī)范化及使用者的需求，醫(yī)療行業(yè)迫切需要具有止血、促愈和良好的生物相容性等功能性醫(yī)用敷料.殼聚糖纖維具有止痛、止血、促進(jìn)傷口愈合、減小疤痕、抑菌和良好的生物相容性等優(yōu)異的性能，對其在傷口敷料方面的研究逐漸成為生物材料領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)［2-5］.目前，國內(nèi)外利用殼聚糖纖維生產(chǎn)的醫(yī)用敷料按加工方法分為紡織物和非織造物兩種.本文采用的水刺非織造技術(shù)生產(chǎn)工藝簡單、流程短、成本低，且其生產(chǎn)的產(chǎn)品具有柔軟、舒適和吸濕性能好的優(yōu)點(diǎn).在制備過程中，由于殼聚糖纖維存在力學(xué)性能欠佳、卷曲少等問題，純紡殼聚糖纖維存在技術(shù)瓶頸［6］，再加上殼聚糖纖維的價(jià)格較高，所以在制備過程中加入適當(dāng)比例卷曲大、初始模量較低的黏膠纖維，既有利于水刺時(shí)纖維的纏結(jié)加固，又能有效降低成本.

在醫(yī)用敷料的使用過程中，受損的皮膚要求其具有一定的柔軟性、液體吸收性和透氣性，否則不利于傷口的愈合；敷料吸收液體后，如果溶出較多雜質(zhì)，不但會刺激傷口，可能還會粘連傷口，甚至?xí)斐啥螕p傷，而且皮膚的修復(fù)需要適宜的酸堿環(huán)境，p H值太高或太低都不利于創(chuàng)面的修復(fù).因此，本文重點(diǎn)研究殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的剛?cè)嵝?、液體吸收性、透氣性、水浸出液的p H值、水中溶出物性能.

1 試樣的制備

1.1 原材料

殼聚糖纖維，1.78 dtex×38 mm，脫乙酰度為80.6%，山東華興海慈新材料有限公司；黏膠纖維，1.68 dtex×38 mm，唐山三友集團(tuán)興達(dá)化纖有限公司.

1.2 試樣的制備

本文以殼聚糖與黏膠兩種纖維為原料，采用平行鋪網(wǎng)和交叉鋪網(wǎng)方式分別制備了1?！?＃試樣和5＃～8＃試樣，制備工藝路線：殼聚糖纖維和黏膠纖維混合開松→梳理→成網(wǎng)→水刺加固→干燥卷繞.

1?！?＃試樣采用小型梳理機(jī)平行鋪網(wǎng)，纖維梳理量為卷繞滾筒表面積與纖網(wǎng)面密度的乘積.梳理機(jī)卷繞滾筒的有效卷繞寬度和卷繞周長分別為0.26和0.75 m.首先，計(jì)算卷繞滾筒表面積，即梳理纖網(wǎng)的面積：0.26×0.75＝0.195 m2，然后再根據(jù)纖網(wǎng)的面密度（120 g／m2），計(jì)算生產(chǎn)樣品所需的用于梳理的纖維量：0.195×120＝23.4 g.由于梳理和水刺過程中均有纖維損失，再加上水刺時(shí)纖網(wǎng)存在一定的牽伸，因而實(shí)際梳理纖維量應(yīng)略大于理論計(jì)算量.制備過程中，混合的纖維經(jīng)第一道梳理后形成的纖維網(wǎng)非常不勻，故采用三道梳理并成網(wǎng).

5?！?＃試樣采用交叉鋪網(wǎng)方式制備，其中開松和梳理成網(wǎng)的工藝參數(shù)如表1所示.

表1 開松機(jī)、梳理機(jī)和鋪網(wǎng)機(jī)的工藝參數(shù)Table 1 Technical parameters of opening，carding and lapping machine m／min

1＃～8＃試樣梳理成網(wǎng)后，將纖維網(wǎng)依次經(jīng)過水刺機(jī)進(jìn)行水刺加固.本文采用Fieissner Aquajet Y500-2型水刺機(jī)（屬于平行鋪網(wǎng)式），其射流纏結(jié)成型有兩個系統(tǒng)：預(yù)濕水和主水刺加固.由于殼聚糖纖維強(qiáng)力低，為了減輕水刺固結(jié)過程中對殼聚糖纖維的損傷，水刺壓力不能太大，但又要保證布面不起毛.因此，為確保纖網(wǎng)有效地加固纏結(jié)，本文采用水刺機(jī)預(yù)濕1次，正反面分別水刺2次的加固工藝，得到的8種不同規(guī)格的水刺醫(yī)用敷料如表2所示.

表2 不同規(guī)格的水刺醫(yī)用敷料Table 2 Spunlaced medical dressing with different specifications

2 測試方法

（1）剛?cè)嵝詼y試依據(jù)GB／T 18318—2001有關(guān)規(guī)定執(zhí)行.

（2）液體吸收性測試按照YY／T 0471.1—2004中3.2的方法進(jìn)行測試.

（3）透氣性測試依據(jù) GB／T 5453—1997，用YG461E型數(shù)字式透氣量儀進(jìn)行測試.

（4）浸出液的p H值測試按照YY／T 0472.1—2004中附錄F進(jìn)行測試.

（5）水中溶出物測試按照YY 0331—2006中5.12方法測試.

3 結(jié)果與分析

3.1 纏結(jié)系數(shù)

試樣的制備過程中分別采用了4種不同的水刺壓力組合，為了比較不同水刺壓力組合對殼聚糖纖維／黏膠水刺醫(yī)用敷料的纏結(jié)程度，這里引入了纏結(jié)系數(shù)（C）.纏結(jié)系數(shù)是指非織造材料試樣的縱向強(qiáng)力和橫向強(qiáng)力之和與其面密度的比值，如式（1）所示.

式中：C為纏結(jié)系數(shù)，（N·m2）／g；E為縱向強(qiáng)力，N；F為橫向強(qiáng)力，N；ρA為試樣的面密度，g／m2.

按照式（1）計(jì)算得出8種殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的纏結(jié)系數(shù)隨不同水刺壓力組合的變化曲線如圖1所示.

圖1 纏結(jié)系數(shù)隨水刺壓力組合變化的關(guān)系曲線Fig.1 Relationship between entanglement coefficient and combination of spunlaced pressure

從圖1可以看出，隨著水刺壓力的增加，兩種混紡比的殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的纏結(jié)系數(shù)都近似線性增加，且80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的纏結(jié)系數(shù)總小于相應(yīng)的60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的纏結(jié)系數(shù).這是由于殼聚糖纖維的初始模量為67.45 c N／dtex，黏膠纖維的初始模量為38.25 cN／dtex，初始模量較大的殼聚糖纖維在相同的水刺壓力作用下易受沖擊而斷裂，導(dǎo)致80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的纏結(jié)能力較差；另外，60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料采用交叉鋪網(wǎng)，纖維呈雜亂狀態(tài)分布在各個方向上，纖維和纖維之間纏結(jié)得比較緊實(shí)，而80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料采用平行鋪網(wǎng)方式，大部分纖維呈平行狀態(tài)分布在輸出纖網(wǎng)的方向上，導(dǎo)致平行排列纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)的纏結(jié)系數(shù)小于交叉排列纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)的纏結(jié)系數(shù).

3.2 剛?cè)嵝?/h3>

剛?cè)嵝允侵缚椢飶澢冃蔚膭側(cè)岢潭龋疚挠脧澢鷦偠葋砗饬?，該值越小，說明試樣越柔軟.醫(yī)用敷料為直接接觸皮膚的材料，因此，必須要求其具有手感好、柔軟、與皮膚貼合性好等性能.試驗(yàn)時(shí)使用LLY-01型電子硬挺度儀，測出8種試樣的彎曲長度后，利用式（2）計(jì)算得到各試樣的彎曲剛度.

式中：B為彎曲剛度，m N·cm；L為試樣的彎曲長度，cm.

8種殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的縱向（MD）和橫向（CD）彎曲剛度隨不同水刺壓力組合的變化曲線如圖2所示.

圖2 彎曲剛度隨水刺壓力組合變化的關(guān)系曲線Fig.2 Relationship between bending stiffness and combination of spunlaced pressure

由圖2可以看出，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的縱向彎曲剛度總比橫向大，原因在于其梳理和成網(wǎng)時(shí)采取平行鋪網(wǎng)的方式（見圖3（a）），纖維的取向度較高，大部分纖維沿纖網(wǎng)輸出方向呈縱向排列，即在縱向上大部分纖維沿著試樣的長度方向排列，它們能較好地承擔(dān)彎曲應(yīng)力，因此，縱向彎曲剛度比橫向彎曲剛度大很多.而采用交叉鋪網(wǎng)方式制備的60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的縱向和橫向彎曲剛度幾乎沒有差別，這是由于其采用交叉鋪網(wǎng)方式（見圖3（b）），纖維沿各個方向的排列比較均勻，縱向和橫向彎曲剛度差異比較小.在水刺壓力一定的條件下，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料比60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的彎曲剛度小、柔軟度高.這是因?yàn)闅ぞ厶抢w維含量越高，水刺加固時(shí)受到水針沖擊的損傷越大，導(dǎo)致其和黏膠纖維之間的纏結(jié)系數(shù)較小，纏結(jié)效果差，結(jié)構(gòu)比較疏松，彎曲剛度較小，敷料柔軟度高.

圖3 纖維網(wǎng)排列形狀Fig.3 Arrangement shape of fiber web

3.3 液體吸收性

新型創(chuàng)面修復(fù)理論認(rèn)為，傷口愈合速度在濕潤狀態(tài)下比在干燥狀態(tài)下快，因此，新型的醫(yī)用敷料要求有良好的吸濕與保濕功能［7］.醫(yī)用敷料吸收的液體主要有吸收水和毛細(xì)水.吸收液體的多少取決于纖維本身，纖維的親水基團(tuán)越多，親水基團(tuán)與水的結(jié)合能力越強(qiáng)，液體吸收性就越好；毛細(xì)水主要分布在纖維及織物毛細(xì)空隙內(nèi)，纖維之間排列越疏松，空隙越大，毛細(xì)水越多.

試驗(yàn)中，將10個已知質(zhì)量的5 cm×5 cm樣品置于燒杯內(nèi)，加入溫度為37℃的試驗(yàn)液，其質(zhì)量為供試材料的40倍，在37℃下保持30 min.用鑷子夾持樣品一角或一端，懸垂30 s，再稱質(zhì)量［6］，測試結(jié)果如圖4所示.由圖4可以看出，在水刺壓力相同的條件下，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料比60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的液體吸收性好.這可以從殼聚糖的大分子結(jié)構(gòu)（見圖5）上來分析，殼聚糖纖維是甲殼素纖維的脫乙酰基產(chǎn)物，本文采用的殼聚糖脫乙酰度為80.6%，脫乙酰度較高，即殼聚糖分子鏈上游離的氨基較多，大分子的親水性好，再加上殼聚糖經(jīng)過濕法紡絲工藝，在纖維上形成了微孔結(jié)構(gòu)（見圖6），致使殼聚糖纖維具有很好的吸濕性和液體吸收性，吸收的液體大部分被保留在纖維和纖維之間的毛細(xì)空間內(nèi).從圖4還可以看出，隨著水刺壓力的增加，試樣液體吸收性逐漸變差.這是因?yàn)樗虊毫Ρ容^低時(shí)，纖維和纖維之間纏結(jié)系數(shù)比較小，纖維之間的排列比較疏松，存在較多的空隙，可以吸收較多的液體，隨著水刺壓力的增大，纖維之間纏結(jié)系數(shù)增大，導(dǎo)致纖維之間的排列比較緊實(shí)，纖維和纖維之間的空隙減少，吸收液體的能力下降.由此可見，在面密度和其他參數(shù)基本一致的條件下，選用脫乙酰度較高的殼聚糖并適當(dāng)降低水刺壓力，既可以保證產(chǎn)品的柔軟性，又可以明顯改善試樣的液體吸收性能.

圖4 吸液率隨水刺壓力組合變化的關(guān)系曲線Fig.4 Relationship between absorption rate and combination of spunlaced pressure

圖5 甲殼素和殼聚糖的大分子結(jié)構(gòu)Fig.5 Macromolecular structure of chitin and chitosan

圖6 殼聚糖纖維SEM照片（×3 000）Fig.6 SEM image of chitosan fiber（×3 000）

3.4 透氣性

試樣透氣性反映了敷料結(jié)構(gòu)中空隙的多少，是醫(yī)用敷料的重要物理性能指標(biāo)之一.良好的醫(yī)用敷料不僅提供保持傷口濕潤的環(huán)境，而且能將皮膚代謝的氣體排放到空氣中，利于傷口的愈合.在單位壓差作用下，單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積試樣的平均空氣流量為透氣率.本試驗(yàn)中試樣面積為20 cm2，試樣壓差為200 Pa，測試結(jié)果如圖7所示.

圖7 試樣透氣率隨水刺壓力組合變化的關(guān)系曲線Fig.7 Relationship between air permeability and combination of spunlaced pressure

試樣的面密度、纖維種類以及內(nèi)部空隙都影響其透氣性.由圖7可見，在面密度基本一致且水刺壓力相同的條件下，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的透氣性比60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料要好.這是由于殼聚糖纖維卷曲度低，纖維之間纏結(jié)時(shí)易滑散，因此，當(dāng)醫(yī)用敷料中殼聚糖纖維含量較高時(shí)，纖維和纖維之間纏結(jié)系數(shù)小，敷料的結(jié)構(gòu)會比較疏松，存在較多的空隙，從而使其透氣率增加，透氣性好.隨著水刺壓力的增加，試樣的透氣性逐漸減弱，原因在于水刺壓力增大，纖維之間纏結(jié)系數(shù)增大，使得纖維和纖維之間的排列比較緊實(shí)，透氣性變差.

3.5 水浸出液的p H值

由于在人體皮膚表面存留著尿素、尿酸、鹽分、乳酸、氨基酸、游離脂肪酸等酸性物質(zhì)，所以皮膚表面常顯弱酸性，正常皮膚表面p H值為5.0～7.0，只有在該p H值范圍內(nèi)，才能使皮膚處于吸收營養(yǎng)的最佳狀態(tài)，此時(shí)皮膚抵御外界侵蝕的能力以及彈性、光澤、水分等都為最佳狀態(tài).一些病毒和病菌卻是在酸性條件下活性最強(qiáng)，所以醫(yī)用敷料p H值比正常皮膚略高，有利于人體皮膚的修復(fù).按標(biāo)準(zhǔn)測試后，得出8種不同試樣水浸出液的p H值，結(jié)果如圖8所示.

圖8 試樣水浸出液p H值隨水刺壓力組合變化的關(guān)系曲線Fig.8 Relationship between p H value of the water extract of samples and combination of spunlaced pressure

由圖8可以看出，在面密度基本一致的條件下，水刺壓力對試樣浸出液p H值的影響效果不大，影響試樣浸出液p H值的因素主要是殼聚糖纖維的含量，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料比60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料浸出液的p H值稍微偏大.因?yàn)闅ぞ厶鞘俏ㄒ灰环N含氮堿性基團(tuán)的多糖天然高分子物質(zhì)，這種含氮堿性基團(tuán)將導(dǎo)致試樣浸出液的p H值稍微偏高，但試樣浸出液大致為中性，與人體皮膚相溶.從利于皮膚修復(fù)的角度來分析，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料比60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料更利于皮膚的修復(fù).

3.6 水中溶出物

將試樣置于沸水中不停地?cái)嚢瑁欢〞r(shí)間后測定過濾水中的固體物質(zhì)，再按式（3）計(jì)算水中溶出物的質(zhì)量分?jǐn)?shù).

式中：D為水中溶出物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；m2為試樣在水中溶出固體物質(zhì)的質(zhì)量，g；m1為試樣的質(zhì)量，g.

按照標(biāo)準(zhǔn)測試后，8種試樣的水中溶出物測試結(jié)果如圖9所示.從圖9可以看出，試樣在水中不同程度地出現(xiàn)了溶出物，在水刺壓力相同的條件下，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料比60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料在水中的溶出物多.這是因?yàn)轲つz纖維的原料和成品，其化學(xué)組成都是纖維素纖維，通過化學(xué)和機(jī)械的方法將漿粕中很短的纖維制成黏膠纖維，中間過程會產(chǎn)生纖維素磺酸酯、NaOH、水、CS2、NaCS3和多硫化物等副產(chǎn)物，CS2在后處理過程中通過回收系統(tǒng)回收，其他副產(chǎn)物在沸水中都是可溶的.殼聚糖纖維的生產(chǎn)過程中［8］，首先，采用稀酸和NaOH處理，預(yù)先去除鈣與蛋白質(zhì)，得到甲殼素，然后脫堿，將脫乙酰的殼聚糖配制成一定濃度的紡絲溶液；其次，采用濕法紡絲制備殼聚糖纖維，在這個過程中，中間產(chǎn)物甲殼素不是以純的形式出現(xiàn)，它存在于含有蛋白質(zhì)和碳酸鈣的復(fù)合物中，其制備過程實(shí)際是甲殼素和復(fù)合物分離的過程.因此，從蝦殼和蟹殼中提取甲殼素時(shí)，由于蝦殼和蟹殼中有蝦殼肉質(zhì)、污物等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)的引入會導(dǎo)致殼聚糖纖維在水中的溶出物增多.另外，從圖9中還可以看出，在殼聚糖纖維含量一定的條件下，試樣在水中的溶出物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著水刺壓力的增大而減少，這是由于水刺壓力越大，殼聚糖纖維和黏膠纖維之間纏結(jié)系數(shù)會變大，纖維之間纏結(jié)比較緊實(shí)，在水中的溶出物會減少.

圖9 水中溶出物隨水刺壓力組合變化的關(guān)系曲線Fig.9 Relationship between soluble substance and combination of spunlaced pressure

4 結(jié) 語

（1）殼聚糖纖維的初始模量和剛性大，而黏膠纖維剛性小，兩種纖維原料對水刺加固的纏結(jié)效果有較大的影響.研究結(jié)果表明，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料比60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的纏結(jié)系數(shù)小.

（2）平行鋪網(wǎng)方式制備的殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料比交叉鋪網(wǎng)制備的殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)疏松、纖維和纖維之間的空隙較多，有利于提高殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的柔軟性、液體吸收性和透氣性.

（3）殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的柔軟性、液體吸收性、透氣性和水中溶出物的量隨著水刺壓力的增大呈下降趨勢，但p H值未見顯著變化.當(dāng)水刺壓力一定時(shí)，80／20殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料比60／40殼聚糖／黏膠水刺醫(yī)用敷料的柔軟性、液體吸收性和透氣性好，p H值稍微偏大，在水中的溶出物多.

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Preparation of Spunlaced Chitosan／Viscose Wound Dressing and It’s Properties

WUJie，WUHai-bo，JINXiang-yu

（College of Textiles，Donghua University，Shanghai 201620，China）

Chitosan／viscose blended ratio 80／20 and 60／40 spunlaced wound dressing were prepared by using parallel laying and cross laying respectively under different spunlaced pressure.The stiffness and flexibility，absorption performance，air permeability，p H value of the water extract and soluble substance of samples were contrasted and analysed.The results showed that the softness，absorption performance，air permeability，p H value and the mass fraction of soluble substance were all increased in accordance to the increased ratio of chitosan fiber.The amount of soluble substance decreased and p H value experienced less change under higher water pressure，while the softness，absorption performance and air permeability became worse.

chitosan；viscose；wound dressing；spunlaced pressure；property

TS 176.4

A

2013-05-10

吳 杰（1989—），女，山東德州人，碩士研究生，研究方向?yàn)樯镝t(yī)用非織造材料.E-mail：892969172＠qq.com

吳海波（聯(lián)系人），男，高級工程師，E-mail：hbwu＠dhu.edu.cn

1671-0444（2014）03-0276-06