醫(yī)用殼聚糖敷料研究進展

孫曉婷 馬建偉

(青島大學(xué)紡織學(xué)院，青島，266071)

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醫(yī)用殼聚糖敷料研究進展

孫曉婷 馬建偉

(青島大學(xué)紡織學(xué)院，青島，266071)

介紹了殼聚糖的生物學(xué)特性以及在傷口愈合中的作用。闡述了改進殼聚糖性能的化學(xué)、物理方法以及多種形狀醫(yī)用殼聚糖敷料、載藥類殼聚糖敷料和醫(yī)用殼聚糖衍生物敷料的研究進展。

殼聚糖，醫(yī)用敷料，研究進展

殼聚糖是甲殼素脫乙?；漠a(chǎn)物，又名甲殼胺、殼多糖、聚氨基葡萄糖等，是地球上含量僅次于纖維素的天然有機高分子化合物，也是迄今所發(fā)現(xiàn)的唯一天然堿性多糖，其化學(xué)名稱為β-(1,4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖。甲殼素廣泛存在于節(jié)足動物的甲殼以及細(xì)菌的細(xì)胞壁中，在自然界中含量巨大，來源廣泛。殼聚糖作為甲殼素的衍生物，由于具有良好的生物相容性、可降解性、吸附性、成膜性、抗菌性、無毒性，以及能夠加速傷口愈合等性能，在生物醫(yī)用材料領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。尤其是21世紀(jì)以來，以殼聚糖為原料的醫(yī)用敷料得到快速發(fā)展，成為生物質(zhì)材料研究中的一個熱點。

1 殼聚糖的生物學(xué)特性

1.1 生物相容性

殼聚糖在醫(yī)學(xué)上的生物相容性主要體現(xiàn)在血液相容性、力學(xué)相容性和組織相容性三方面。三者既相互聯(lián)系，又各有側(cè)重。當(dāng)殼聚糖與血液接觸后，具有在血液中一直保持有效生物活性的能力，不會破壞血液的有效成分，不會出現(xiàn)溶血、凝血和血栓等現(xiàn)象，并具有一定的強度和彎曲性，可通過改性來滿足人體不同組織部位的要求。

1.2 表面活性

殼聚糖大分子鏈中含有較多的氨基和羥基等活性基團，可以對其進行交聯(lián)、接枝、酰化、羧甲基化等化學(xué)改性，生成多種衍生物，改善其性能。?；磻?yīng)是殼聚糖化學(xué)改性中研究最多的一種反應(yīng)，可大大改善其溶解性能。殼聚糖膜經(jīng)過交聯(lián)改性后，強度和化學(xué)穩(wěn)定性均有所增強。

1.3 可生物降解性

殼聚糖是由葡萄糖胺以β-1,4-苷鍵連接成的多糖，可被傷口處細(xì)胞分泌的溶菌酶、殼多糖酶等降解，從而被肌體組織和器官吸收，具有較好的生物降解性。低脫乙酰度的殼聚糖受酶的降解作用較為顯著，高脫乙酰度的殼聚糖降解相對緩慢。

1.4 無毒性

殼聚糖不溶于血液，抗原性較低，與體內(nèi)存在的氨基葡萄糖具有類似的結(jié)構(gòu)，是一種安全、無毒的生物醫(yī)用材料。王曉芹等[1]在兔皮膚上分別使用殼聚糖原液進行皮膚刺激實驗、角結(jié)膜刺激實驗、肌肉刺激實驗和細(xì)胞毒性實驗，結(jié)果證明殼聚糖對兔皮膚、肌肉和角結(jié)膜無刺激性，無細(xì)胞毒性，與組織的相容性較好。

2 殼聚糖在傷口愈合中的作用

2.1 抗菌

目前，對于殼聚糖的抗菌機理主要存在三種推測：一是殼聚糖大分子鏈帶正電，細(xì)菌的細(xì)胞壁帶負(fù)電，兩者相互接觸，殼聚糖與細(xì)菌表面產(chǎn)生靜電吸附作用，影響細(xì)菌的正?；顒?，使細(xì)菌發(fā)生絮凝，從而抑制細(xì)菌的生長；二是低相對分子質(zhì)量的殼聚糖可以穿透細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜進入到細(xì)胞內(nèi)，破壞了細(xì)菌體內(nèi)遺傳物質(zhì)DNA與RNA的相互作用，阻礙細(xì)菌的繁殖；三是殼聚糖表面的自由氨基可以與對細(xì)菌生長起關(guān)鍵作用的金屬離子以及酶的輔助因子進行螯合，抑制細(xì)菌對微量元素的攝取以及與營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)合，阻礙其生長[2]。

影響殼聚糖抗菌性的因素有很多，包括分子質(zhì)量、脫乙酰度、濃度、pH值和溶劑種類等。由于殼聚糖的抑菌性隨分子質(zhì)量和菌種的不同而不同，因此難以確定抗菌活性與相對分子質(zhì)量之間的關(guān)系，但殼聚糖的抗菌性隨脫乙酰度的升高而增強，并與pH值成反比關(guān)系[3]。

2.2 止血

殼聚糖的止血作用主要體現(xiàn)在三個方面[4]：一是殼聚糖表面的正電荷可與紅細(xì)胞表面的負(fù)電荷發(fā)生黏附聚集，產(chǎn)生靜電中和反應(yīng)，解除其間的排斥作用，使血液凝聚；二是殼聚糖可中和血小板活化后表面產(chǎn)生的負(fù)電荷，迅速形成血凝塊，起到止血的作用；三是由于殼聚糖獨特的分子結(jié)構(gòu)，能夠在體內(nèi)與血漿蛋白及一些重要的凝血因子結(jié)合，從而使血凝塊更牢固。

2.3 促進創(chuàng)傷組織再生和減少疤痕形成

殼聚糖是巨噬細(xì)胞的陽性趨化劑，能夠激活和誘導(dǎo)各種生長因子，作用于周圍缺損的細(xì)胞，加快其增殖，并加速細(xì)胞吞噬作用去除降解碎片。殼聚糖還可抑制傷口處Ⅰ型骨膠原的產(chǎn)生，促進Ⅲ型膠原蛋白的分泌以及肉芽組織和上皮組織的生成，減少傷口收縮，從而起到減小疤痕的作用[5]。

3 殼聚糖醫(yī)用敷料的應(yīng)用

根據(jù)不同組織部位對醫(yī)用敷料的要求不同，殼聚糖敷料可以制成各種不同的形狀，如薄膜狀、纖維狀、海綿狀和水凝膠狀等，也可以與聚乙烯醇(PVA)、聚環(huán)氧乙烷、膠原、透明質(zhì)酸、海藻酸鹽和明膠等其他高分子聚合物材料復(fù)合，通過共混、接枝共聚等手段引入其他大分子鏈或向其中添加藥物，以改進殼聚糖敷料的性能，滿足醫(yī)用要求。

3.1 薄膜類敷料

殼聚糖具有良好的成膜性，可利用該特性將其制成各種各樣的醫(yī)用薄膜類敷料，如人工皮膚、促骨生長膜、口腔潰瘍膜、牙周引導(dǎo)組織再生膜和藥物載體控釋膜等。采用不同的制膜工藝可以制成不同性能和用途的殼聚糖膜，而且殼聚糖的脫乙酰度、相對分子質(zhì)量、濃度和化學(xué)改性等都會對膜的性能產(chǎn)生巨大的影響。

董德剛等[6]采用溶劑蒸發(fā)-凝膠法，通過專一性殼聚糖內(nèi)切酶高效降解殼聚糖的方法，成功研制出具有納米結(jié)構(gòu)的醫(yī)用多孔殼聚糖膜，反應(yīng)條件溫和，制得的薄膜空隙均勻、無毒性，多孔結(jié)構(gòu)有利于對藥物進行緩釋、吸附，促進細(xì)胞生長，可用作藥物載體。

吳清凌[7]將納米TiO2與純殼聚糖共混制膜，納米TiO2均勻地分散在殼聚糖中，改變了殼聚糖大分子原來的排列，極大地提高了復(fù)合膜的結(jié)晶度。對復(fù)合膜進行熱學(xué)及拉伸等性能測試，納米TiO2改性后殼聚糖膜的熱穩(wěn)定性和斷裂強度均有所提高。

趙婧[8]分別采用共混熔融-澆鑄成膜工藝和冷凍干燥法制備聚乳酸/聚己內(nèi)酯(PLA/PCL)復(fù)合薄膜和殼聚糖/明膠復(fù)合海綿，然后以PLA/PCL薄膜為外層，殼聚糖/明膠海綿為內(nèi)層制備出PLA/PCL-殼聚糖/明膠復(fù)合型醫(yī)用敷料。該敷料可形成一個有利于傷口愈合的創(chuàng)面微環(huán)境，具有一定的強韌性、良好的細(xì)胞相容性和高吸液性，以及具有抗菌、消炎、止血、鎮(zhèn)痛等功效。

3.2 海綿類敷料

海綿是一種具有多孔結(jié)構(gòu)、內(nèi)含氣體的固體材料。殼聚糖為天然高分子多糖類物質(zhì)，與細(xì)胞外基質(zhì)糖胺聚糖的結(jié)構(gòu)類似，可將其制成海綿狀生物醫(yī)用敷料。該種敷料可抵抗細(xì)菌的侵入，其海綿狀多孔結(jié)構(gòu)能夠有效控制皮膚表層水蒸氣的透過速率以及傷口分泌物的排出，因此在傷口敷料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

陳超等[9]以蠶蛹?xì)ぞ厶呛兔髂z為主要原料，通過冷凍真空干燥法制備出海綿止血材料，并探討了濃度、混合比例、助劑、預(yù)凍溫度和時間等因素對其止血指數(shù)(BCI)的影響。結(jié)果表明，質(zhì)量濃度為30 g/L，殼聚糖與明膠混合比例為1∶1，添加0.01%的戊二醛和0.5%的CaCl2，在-40 ℃下預(yù)凍1 h制得的海綿敷料止血效果最好。

王茵等[10]以羅非魚的魚鱗為原料，經(jīng)低溫酶解提取出型膠原，將其與殼聚糖進行混合交聯(lián)，經(jīng)過冷凍干燥形成具有蜂窩狀多孔的三維立體結(jié)構(gòu)，制成膠原-殼聚糖止血海綿。該止血海綿具有較高的強度，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有利于吸附血液中的血小板，促進止血過程。

樊李紅等[11]利用殼聚糖帶有的陽離子和海藻酸鈉帶有的陰離子之間的聚電解質(zhì)作用，成功制備出聚電解質(zhì)海綿敷料，引入多種抗菌劑，大大增強了其抗菌性，并具有較好的吸水性、透氣性和穩(wěn)定性。

丁曄等[12]以殼聚糖、明膠、PVA和海藻酸鈉為原料，制備出四元多孔復(fù)合海綿敷料。該敷料為乳白色，親水性好，具有較高的透氣率和吸水率。制備時利用聚陰離子(海藻酸鹽)和聚陽離子(殼聚糖)的靜電吸附作用，構(gòu)成海綿網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可代替醛類等交聯(lián)劑，降低其毒副作用，是一種有良好應(yīng)用前景的生物功能性敷料。

3.3 水凝膠類敷料

水凝膠是一種以水為分散介質(zhì)，同時具有親水基團和疏水基團的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。親水基團可與水分子結(jié)合，而疏水基團遇水后則膨脹形成聚合物，在水中能夠吸收大量的水分子產(chǎn)生溶脹，并在溶脹后可以保持其原有結(jié)構(gòu)而不會溶解。水凝膠具有良好的生物相容性，在生物化學(xué)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的用途。

王津等[13]優(yōu)化了殼聚糖/明膠/甘油磷酸鈉體系溫敏水凝膠的制備工藝，并以布洛芬為模型藥物對其進行藥物緩釋研究。結(jié)果表明，該水凝膠的pH值與人體的酸堿度相近，甘油磷酸鈉的添加延長了藥物緩釋的時間，而且可以避免因使用化學(xué)交聯(lián)劑而導(dǎo)致的毒性問題。

柳淑婧等[14]以PVA和殼聚糖為原料，中性聚山梨酯-80作為乳化劑，制備出PVA/殼聚糖多孔水凝膠，具有高孔隙率、高含水性和較好的細(xì)胞相容性等特性，可以提高細(xì)胞的黏附性，與天然軟骨組織相似，在軟骨修復(fù)方面具有較大發(fā)展?jié)摿Α?/p>

蔣凱鳴等[15]用高黏度、高純度、高生物活化性的β-殼聚糖代替α-殼聚糖制備醫(yī)用凝膠，測試其在不同pH值條件下的緩釋性能。測試數(shù)據(jù)顯示，β-殼聚糖凝膠4 h內(nèi)可釋放90%的載體物質(zhì)，并具有較好的穩(wěn)定性。

3.4 載藥類敷料

在殼聚糖敷料中添加藥物可有效提高敷料的性能，促進組織再生，加速傷口愈合。常用的抗菌藥物有銀離子、鋅離子、環(huán)丙沙星、呋喃西林以及中藥提取物等，還可添加堿性細(xì)胞生長因子，促進肉芽組織增生及表皮細(xì)胞的生長，從而縮短傷口愈合的時間。

王軍等[16]以殼聚糖為膜材，輔以明膠和甘油提高其黏附性和柔軟性，并添加氧氟沙星藥物，采用流延法制備了口腔潰瘍藥膜。試驗證實，該藥膜具有消炎、止血、抗菌和加快潰瘍面愈合等特點，無毒，具有良好的生物降解性和相容性 ，具有更高的臨床應(yīng)用價值。

Alemdaroglu等[17]研究了含表皮生長因子EGF的殼聚糖凝膠對小白鼠二級燒傷的治愈效果。試驗表明，該凝膠不僅可提高對創(chuàng)面的抗感染性，還具有藥物緩釋和引流等作用，可使細(xì)胞增殖加速，促進傷口愈合。

Cullen等[18]報道了以膠原蛋白、殼聚糖為原料制成的傷口敷料，同時在敷料中添加銀鹽類抗菌劑，增強抗菌效果，減少傷口感染，并具有抗氧化活性，適用于慢性傷口的愈合。

彭耿等[19]將巰基化殼聚糖和砜基葡聚糖進行交聯(lián)反應(yīng)，制備出水凝膠，將其負(fù)載骨誘導(dǎo)生長因子后，植入小鼠體內(nèi)，研究其在小鼠體內(nèi)的降解和成骨情況。組織學(xué)評價結(jié)果表明，負(fù)載生長因子的凝膠異位成骨效果顯著，可用于組織修復(fù)。

3.5 衍生物類敷料

殼聚糖大分子中具有羥基和氨基活性較大的基團，可以通過不同的方法得到各種不同的衍生物，如季銨鹽衍生物、羧甲基殼聚糖(CMCS)和異丁基殼聚糖等。許多殼聚糖衍生物的生物活性優(yōu)于殼聚糖，被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。

N,O-CMCS是殼聚糖經(jīng)羧甲基化而得的水溶性多糖，保濕性好。Chen等[20]將一定濃度的N,O-CMCS溶液滴入膠原溶液中，加入硫酸軟骨素，經(jīng)冷凍干燥后得到三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)敷料，再通過化學(xué)交聯(lián)以提高敷料的強度。

王丹等[21]將CMCS和甘油磷酸鈉共混，制成對溫度比較敏感的溫敏凝膠，并采用MTT和體外細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)，測定不同濃度的CMCS凝膠對牙周膜細(xì)胞的影響，通過對比確定了溫敏凝膠的最佳濃度。

劉權(quán)等[22]利用海藻酸鹽的凝膠化作用，將藥物載入微球中，再與CMCS/PVA共混溶液復(fù)合，經(jīng)多次冷凍-解凍制備出復(fù)合水凝膠，并以牛血清白蛋白為模型藥物，討論了不同pH值條件下水凝膠的藥物釋放性能。結(jié)果表明，在中性或弱堿性緩沖液中該復(fù)合水凝膠具有較好的藥物緩釋性。

4 結(jié)語

殼聚糖及其衍生物在治療傷口方面具有顯著的效果，是一種優(yōu)異的醫(yī)用敷料及組織工程材料，但由于殼聚糖存在可紡性不佳、強度比較差等缺點，難以滿足生物醫(yī)學(xué)發(fā)展的要求，限制了純殼聚糖在醫(yī)用領(lǐng)域的發(fā)展。因此，對殼聚糖進行改性、與其他材料進行復(fù)合以及加強載藥體系的開發(fā)，是今后殼聚糖醫(yī)用敷料的研究熱點。相信在未來，殼聚糖及其衍生物不僅作為體外醫(yī)用敷料將獲得廣泛應(yīng)用，而且在體內(nèi)敷料的研發(fā)方面也將具有無限的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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Absract: The biological characteristics and role in wound healing of chitosan were introduced. The chemical and physical methods for improving the properties of chitosan, as well as research progress of medical chitosan dressings for multiple shape, chitosan dressing loaded drug and chitosan derivatives medical dressings were elaborated.

烏斯特參展上海國際紡織工業(yè)展覽會

2015年6月16日，烏斯特在第十七屆上海國際紡織工業(yè)展覽會(SHANGHAITEX 2015)上召開新聞發(fā)布會：

烏斯特中國新任領(lǐng)導(dǎo)人Walter Kiechl先生，前優(yōu)析系統(tǒng)公司總經(jīng)理，自2015年5月1日起正式履行烏斯特中國首席運營官職責(zé)，他擁有豐富的工程和企業(yè)管理背景。Walter Kiechl先生作為烏斯特公司執(zhí)行委員會的成員，直接向瑞士總部的CEO匯報，負(fù)責(zé)完成前優(yōu)析系統(tǒng)公司在中國的整合以及蘇州烏斯特技術(shù)中心的發(fā)展和生產(chǎn)運營，繼續(xù)延續(xù)烏斯特在中國市場上的成功。

USTER? JOSSI METAL SHIELD攜手紡紗廠邁向成功。紡紗廠需進行投資來維持其市場競爭優(yōu)勢，其中與最新技術(shù)同步最為重要。過多的在生產(chǎn)設(shè)備上投資極具風(fēng)險，特別是當(dāng)紡紗廠不能很好地保護其新置設(shè)備時，以昂貴的生產(chǎn)設(shè)備如梳棉機、細(xì)紗機為例，當(dāng)纖維中摻雜了金屬雜質(zhì)時，結(jié)果可能會導(dǎo)致停機或殘次品，甚至損壞機器，這還意味著昂貴的經(jīng)濟代價。利用USTER JOSSI METAL SHIELD對金屬雜質(zhì)進行可靠的檢測及清除，是保障資本投資及生產(chǎn)合格紗線的安全保障。

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恒天立信參加上海國際紡織工業(yè)展覽會

全球紡織機械制造商中國恒天集團旗下子公司恒天立信于2015年6月15—18日參加了上海國際紡織工業(yè)展覽會(SHANGHAITEX 2015)。

恒天立信此次展臺總面積達(dá)588 m2，其聯(lián)同立信染整、特恩、高樂、德國門富士、紗力拉、立信水務(wù)及立信門富士，以全新的姿態(tài)向觀眾展現(xiàn)了最大附加值的旗艦產(chǎn)品，如：特恩SYN 8高溫氣流染色機、立信染整 TEC 38系列多功能常溫染色機(首次登場)、立信門富士MONTEX 6500型定型機、高樂冷軋染機等。

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Research progress of medical chitosan dressing

SunXiaoting,MaJianwei

(College of Textile, Qingdao University)

chitosan, medical dressing, research progress

2015-01-04

孫曉婷，女，1990年生，在讀碩士研究生。研究方向是紡織材料與紡織品設(shè)計。

O636.1；R318.08

A

1004-7093(2015)07-0001-05