海藻酸鹽纖維敷料及其纖維制備技術(shù)*

楊璧玲

廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院紡織學(xué)院，廣東 佛山 528041

近年，受糖尿病、褥瘡、潰瘍等慢性傷口護(hù)理，以及術(shù)后創(chuàng)面護(hù)理、燒傷護(hù)理等需求驅(qū)動(dòng)，市場(chǎng)對(duì)醫(yī)用敷料的剛性需求量十分巨大。且在傷口“濕性愈合”理念的影響下，人們希望醫(yī)用敷料既能避免傷口遭受外界細(xì)菌的感染，又能保持傷口潤(rùn)濕與清潔。海藻酸鹽敷料具有良好的生物相容性、可降解吸收性、抑菌性及優(yōu)異的吸液性，能為傷口的愈合提供濕性條件，進(jìn)而促進(jìn)傷口愈合，減輕疼痛，是目前國(guó)際上最先進(jìn)的醫(yī)用敷料之一。早在21世紀(jì)80年代，國(guó)外就開(kāi)始了海藻酸鹽纖維敷料的研究與應(yīng)用，但國(guó)內(nèi)這方面目前研究與應(yīng)用尚且不夠深入與廣泛。臨床應(yīng)用中，海藻酸鹽敷料最主要的形式是纖維型，除此之外還有處于研究起步階段的海綿型，以及水膠體、水凝膠等形式[1]。

本文將對(duì)當(dāng)前海藻酸鹽纖維敷料產(chǎn)品及其纖維制備技術(shù)進(jìn)行介紹，以期對(duì)國(guó)內(nèi)海藻酸鹽纖維敷料的發(fā)展起到促進(jìn)作用。

1 海藻酸鹽纖維敷料的性能與應(yīng)用

海藻酸是從褐色海藻中提取并加工成的一種線性聚陰離子型多聚糖，其由β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古羅糖醛酸(G)組成。海藻酸中，M與G兩個(gè)鏈段以不規(guī)則的排列順序分布于分子鏈中，中間以交替MG或多聚交替(MG)n相連接。海藻酸是一種高分子羧酸，其與各種金屬離子結(jié)合后形成的海藻酸鹽具有特殊的離子交換特性。該特性可賦予海藻酸鹽纖維良好的止血、促愈和美白功能，且吸液性能優(yōu)異[2]，加之海藻酸鹽纖維具有良好的生物相容性、細(xì)胞活性、抑菌性，故海藻酸鹽纖維是傷口和美容保健用的優(yōu)良材料。

目前，國(guó)外海藻酸鹽纖維也是利用其離子交換特性制備的，即海藻酸經(jīng)堿溶解后形成海藻酸鈉，再進(jìn)一步與氯化鈣交聯(lián)形成不溶性的海藻酸鈣。當(dāng)前，海藻酸鹽纖維敷料產(chǎn)品以海藻酸鈣纖維敷料為主，海藻酸鹽纖維敷料的眾多優(yōu)良性能與海藻酸鹽纖維的性能有關(guān)。當(dāng)海藻酸鈣纖維敷料與創(chuàng)面接觸時(shí)，鈣離子會(huì)與創(chuàng)面滲出液中的鈉離子交換，從而形成一層網(wǎng)狀凝膠，這為創(chuàng)面的愈合提供了濕性條件，還能固定創(chuàng)面滲出液中的細(xì)菌，阻隔外界細(xì)菌的入侵；此外，游離的鈣離子不僅對(duì)血小板具有激化作用，還具有凝血功能。有研究[3]顯示，加入鋅離子可進(jìn)一步強(qiáng)化海藻酸鈣的激化作用及凝血功能，提高止血功能。還有研究[4-5]表明，與高G含量的海藻酸鹽纖維相比，高M(jìn)含量的海藻酸鹽纖維在與含鈉離子的溶液接觸后更易發(fā)生離子交換，故后者吸濕性更好；且高M(jìn)含量的海藻酸鹽纖維能提高細(xì)胞活性，刺激腫瘤壞死因子的釋放，具備抑菌功效；但高M(jìn)含量的海藻酸鹽纖維強(qiáng)力較低，這不利于敷料的揭除。因此，適當(dāng)配比海藻酸鹽中M與G的含量可獲得具有較好抑菌、吸濕及力學(xué)性能的纖維。

海藻酸鹽纖維敷料在臨床應(yīng)用上主要有片狀的敷貼和條狀的敷條兩種形式。敷貼即為制成的非織造布敷料切割成的小塊，其適用于開(kāi)放式創(chuàng)傷傷口，使用時(shí)貼于傷口表面；敷條即為制成的非織造布敷料切割成的長(zhǎng)條，或?yàn)槔w維直接梳理得到的纖維條，其適用于孔洞式創(chuàng)傷傷口(如鼻腔等腔道)的止血與修復(fù)，使用時(shí)填充于傷口內(nèi)[6]。由于突出的吸液性能，海藻酸鹽纖維敷料較適用于有中度到重度滲出液的傷口。對(duì)于較干燥的傷口，可將海藻酸鹽纖維敷料先用生理鹽水潤(rùn)濕后再使用。臨床上，海藻酸鹽纖維敷料主要應(yīng)用于各類(lèi)皮膚潰瘍創(chuàng)面(如壓瘡、糖尿病足、放射性潰瘍等)、手術(shù)后傷口、燒傷創(chuàng)面，以及肛瘺、鼻腔等竇道性傷口等患處[7]。

2 海藻酸鹽纖維敷料產(chǎn)品現(xiàn)狀

目前，國(guó)際上銷(xiāo)售的海藻酸鹽纖維敷料的主要生產(chǎn)工藝：先將從海藻中提取得到的海藻酸鹽通過(guò)濕法紡絲制成纖維，然后通過(guò)纖維成網(wǎng)、水刺或針刺加固等技術(shù)制成連續(xù)的非織造布，最后經(jīng)切割、消毒和包裝制成醫(yī)用敷貼或敷條。此外，還可以直接將海藻酸鹽纖維梳理成條后切割得到醫(yī)用敷條。由于在海藻酸鹽纖維的濕法紡絲過(guò)程中大多采用氯化鈣作為交聯(lián)劑以凝固海藻酸鈉細(xì)流，故制得的多為不溶性海藻酸鈣纖維，這也是目前海藻酸鹽纖維敷料以海藻酸鈣纖維敷料為主的原因所在。

2.1 國(guó)產(chǎn)海藻酸鹽纖維敷料

根據(jù)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局網(wǎng)站的檢索結(jié)果可知，截至2021年5月，已獲得國(guó)產(chǎn)醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)的且在有效期內(nèi)的醫(yī)用海藻酸鹽敷料產(chǎn)品共有76項(xiàng)，其中絕大多數(shù)是海藻酸鹽纖維類(lèi)的敷料產(chǎn)品，少數(shù)是海藻酸鹽膜、海藻酸鹽溶液浸泡海綿、海藻酸鹽凝膠、海藻酸鹽噴劑等形式的敷料產(chǎn)品。

海藻酸鹽纖維敷貼一般有非自黏型和自黏型兩種。非自黏型敷貼的敷芯由海藻酸鹽纖維非織造布組成，使用時(shí)一般需結(jié)合其他固定物如粘貼布等固定于傷口表面；自黏型敷貼一般由涂有醫(yī)用壓敏膠的非織造布或聚氨酯薄膜(PU膜)基材、海藻酸鹽纖維非織造布敷芯和離型紙組成，使用時(shí)去除離型紙即可黏附于傷口表面。也查見(jiàn)一些復(fù)合型敷料，如有的自黏型敷貼在基材與敷芯之間增加了一層醫(yī)用吸水墊，還有的敷芯是在聚乙烯(PE)多孔膜包覆海藻酸鹽纖維非織造布后再通過(guò)熱壓黏接制成的。

其他形式的海藻酸鹽敷料產(chǎn)品，如海藻酸鹽膜類(lèi)型的敷料是將海藻酸鈉膜涂覆于醫(yī)用吸水墊上制得的；海藻酸鹽溶液浸泡海綿類(lèi)型的敷料是將醫(yī)用軟質(zhì)聚氨酯海綿浸泡海藻酸鹽溶液后再干燥制成的；海藻酸鹽凝膠類(lèi)型的敷料是由海藻酸鈉、純凈水及其他物質(zhì)如褐藻膠寡糖、卡拉膠寡糖、羧甲基纖維素鈉、羧甲基殼聚糖、聚丙烯酸鈉、凡士林、甘油等中的一種或多種混合制得的，還可增加一些生物纖維或非織造布作為基材；海藻酸鹽噴劑類(lèi)型的敷料是由海藻糖、低聚殼聚糖、甘油和純化水等混合制成的。這些產(chǎn)品在海藻酸鹽敷料中占據(jù)份額較少，遠(yuǎn)沒(méi)有海藻酸鹽纖維敷料那樣廣受市場(chǎng)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。

2.2 進(jìn)口海藻酸鹽纖維敷料產(chǎn)品

根據(jù)國(guó)家藥品監(jiān)督管理局網(wǎng)站的檢索結(jié)果可知，截至2021年5月，已獲得進(jìn)口醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)的且在有效期內(nèi)的醫(yī)用海藻酸鹽敷料產(chǎn)品有21項(xiàng)，其中含羧甲基纖維素(CMC)的海藻酸鹽敷料9項(xiàng)、含銀海藻酸鹽敷料8項(xiàng)、含普通海藻酸鈣纖維的敷料有7項(xiàng)(所列舉產(chǎn)品選項(xiàng)有交叉)。產(chǎn)品仍以纖維型海藻酸鹽敷料為主，但關(guān)于纖維型海藻酸鹽敷料具體的制備方式，如CMC的共混方式、含銀成分的添加方式等，產(chǎn)品簡(jiǎn)介中都沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)說(shuō)明。下文將對(duì)現(xiàn)有敷料用海藻酸鹽纖維的制備技術(shù)加以介紹。

3 敷料用海藻酸鹽纖維的制備

3.1 常規(guī)海藻酸鹽纖維

常規(guī)海藻酸鹽纖維的制備一般采用濕法紡絲工藝，且該工藝目前已較成熟。其過(guò)程主要為，可溶性的海藻酸鹽(如鈉鹽、銨鹽、鉀鹽等)溶于水中形成黏稠溶液，經(jīng)脫泡過(guò)濾后由噴絲孔擠入含有高價(jià)金屬離子(除鎂離子以外)的凝固浴中，形成固態(tài)海藻酸鹽長(zhǎng)絲初產(chǎn)品，后經(jīng)拉伸、水洗、干燥、卷曲形成纖維。由于目前常采用海藻酸鈉溶液紡絲，并以含鈣離子的凝固浴析出，因而制得的多為海藻酸鈣纖維。這種濕法紡絲工藝制得的海藻酸鈣纖維中存在較多的微孔，纖維的斷裂強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)較低，但仍滿足醫(yī)用敷料對(duì)強(qiáng)伸性的要求，且吸液后敷料具有較高的完整性，即吸液后敷料能保持整片的結(jié)構(gòu)，移除時(shí)不會(huì)有部分敷料殘留于創(chuàng)口。當(dāng)前，一些研發(fā)人員正在開(kāi)展提高海藻酸鈣纖維的強(qiáng)度、改善其紡絲性能的研究工作，以拓寬海藻酸鈣纖維在紡織服裝領(lǐng)域的應(yīng)用。代表性的有青島大學(xué)夏延致課題組開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)海藻酸鈣纖維，其采用凝膠紡絲法生產(chǎn)，通過(guò)改變?nèi)軇?、凝固浴的組成及相關(guān)工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)海藻酸鈣纖維可紡性與服用性的提高[8]。

3.2 海藻酸鹽共混纖維

海藻酸鹽纖維敷料優(yōu)良的性能使得眾多研究者對(duì)海藻酸鹽共混纖維展開(kāi)了研究，以期獲得更多良好性能的纖維。通常，為保持海藻酸鈉纖維的特性，選擇將一些生物親和性的物質(zhì)添加至海藻酸鈉溶液中進(jìn)行共混紡絲，或在紡絲后將海藻酸鈉纖維經(jīng)由添加有其他物質(zhì)的凝固浴中析出，以制得共混纖維。其中，添加的其他物質(zhì)大致可分為聚合物類(lèi)、無(wú)機(jī)物類(lèi)、藥物精油類(lèi)、銀離子化合物類(lèi)等，添加方式可采用單一添加或多種類(lèi)添加等。

3.2.1 與聚合物類(lèi)共混

現(xiàn)有研究中，與海藻酸鹽共混制備纖維的聚合物主要有多糖類(lèi)聚合物、蛋白分子類(lèi)聚合物，以及水溶性聚合物等。聚合物的添加除了會(huì)賦予海藻酸鹽纖維聚合物的特性[如羧甲基纖維素鈉(NaCMC)的高吸濕性、殼聚糖的止血抗菌性、明膠的生物活性等]外，還可提高海藻酸鹽纖維的力學(xué)性能。

與海藻酸鹽共混紡絲的多糖類(lèi)聚合物有CMC、甲殼素(或殼聚糖)、果膠、瓜爾膠、淀粉等，其中又以CMC和殼聚糖居多。Qin等[9]較早就開(kāi)展了在海藻酸鈉中加入CMC，通過(guò)共混紡絲制備傷口敷料的研發(fā)工作。朱平課題組[10-12]采用混合紡絲方法制備了NaCMC/海藻酸鈉共混纖維，并對(duì)其性能展開(kāi)了研究。結(jié)果表明，當(dāng)紡絲液中NaCMC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15.00%時(shí), 制備的共混纖維各項(xiàng)性能優(yōu)良。Liao等[13]將海藻酸鈉紡絲細(xì)流先經(jīng)過(guò)氯化鈣凝固浴得到海藻酸鈣纖維，再經(jīng)殼聚糖水浴，使得殼聚糖在海藻酸鈣纖維表面發(fā)生聚電解質(zhì)效應(yīng)并包覆在纖維表面，最終得到海藻酸鈣/殼聚糖共混纖維。Sweeney等[14]將水溶性的殼聚糖與海藻酸鈉混合紡絲，并用CaCl2作為凝固浴，制備海藻酸鈣/殼聚糖復(fù)合纖維。研究結(jié)果表明，殼聚糖的添加提高了海藻酸鈣/殼聚糖復(fù)合纖維的拉伸性能與吸水性能，且凝固浴中CaCl2的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.35%。黃亞飛等[15]研究還發(fā)現(xiàn)，與普通海藻酸鹽纖維相比，海藻酸鈣/殼聚糖復(fù)合纖維具有更加優(yōu)異的抗菌性能，能夠有效抑制大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的增殖。

與海藻酸鹽共混紡絲的蛋白分子類(lèi)聚合物主要有明膠、大豆蛋白、人發(fā)角蛋白等。Fan等[16]研究并制備了海藻酸鈉/明膠共混纖維。杜予民等[17]先分別將海藻酸鈉溶于純水，將大豆分離蛋白溶于強(qiáng)堿水溶液，然后將這兩種溶液按所需比例混合、紡絲，得到了力學(xué)性能優(yōu)良的海藻酸鈉/大豆分離蛋白纖維。嚴(yán)治杰[18]先采用堿法對(duì)人發(fā)進(jìn)行溶解，制備人發(fā)角蛋白溶液；再將人發(fā)角蛋白溶液添加到海藻酸鈉溶液中共混，通過(guò)紡絲制得人發(fā)角蛋白/海藻酸鈣復(fù)合纖維。

與海藻酸鹽共混紡絲的水溶性聚合物主要有聚乙烯醇(PVA)、聚氧化乙烯(PEO)、聚乙二醇(PEG)等，其中以PVA最為常見(jiàn)。夏延致等[19]將一定黏度與質(zhì)量分?jǐn)?shù)的海藻酸鈉溶液與中高聚合度的PVA水溶液混合、紡絲，制得了強(qiáng)力、彈性及生物相容性較好的海藻酸鹽/聚乙烯醇復(fù)合纖維，降低了生產(chǎn)成本。

3.2.2 與無(wú)機(jī)物類(lèi)共混

與海藻酸鹽共混的無(wú)機(jī)物類(lèi)主要有硅膠、沸石及活性炭等，它們能起到增強(qiáng)海藻酸鹽纖維對(duì)重金屬、色素、異味等的吸附作用。專(zhuān)利[20]將海藻酸鈉加入到含有活性炭的水溶液中，配制出混合紡絲液，再經(jīng)濕法紡絲，并在含有鈣、銅、鋅等二價(jià)離子的凝固浴中凝固，制備出具有海藻酸鹽與活性炭特性的復(fù)合纖維，可應(yīng)用于醫(yī)用敷料和日化用品等領(lǐng)域。

3.2.3 與藥物精油類(lèi)共混

藥物精油類(lèi)物質(zhì)的添加能提高海藻酸鹽纖維止血、抗菌的功能，并賦予其藥物療效。Sikareepaisan等[21]將中藥積雪草中的有效止血成分——積雪草皂苷加入海藻酸鹽溶液中，并通過(guò)濕法紡絲等工藝制成了敷料。研究結(jié)果表明，該敷料能縮短傷口的止血時(shí)間，減少出血量，并有助于修復(fù)創(chuàng)傷組織。侯曉欣等[22]在向海藻酸鈉中添加一定量的仙鶴草及PVA后，通過(guò)共混濕法紡絲工藝制備出了醫(yī)用海藻纖維。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該纖維吸液能力強(qiáng)，止血效果顯著，抗菌性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。專(zhuān)利[23]公開(kāi)了一種植物精油(天然抗菌劑)制備不同用途的抗菌海藻酸鹽纖維的方法。專(zhuān)利[24]公開(kāi)了一種含銀離子和艾草精油微膠囊的海藻酸鹽纖維的制備方法，所得纖維可有效提高敷料的抗菌、止血、止痛效果。

3.2.4 與銀離子化合物類(lèi)共混

將銀離子添加到海藻酸鹽纖維中能大幅提高纖維敷料的抗菌性能。目前，有關(guān)含銀海藻酸鹽纖維敷料產(chǎn)品的研究較多[25-27]。銀離子的加入可采用化學(xué)反應(yīng)法或混合法[28]?；瘜W(xué)反應(yīng)法指采用同時(shí)含有鈣離子和銀離子的凝固浴對(duì)海藻酸鈉溶液噴絲細(xì)流進(jìn)行凝固，反應(yīng)后即得含銀海藻酸鹽纖維；混合法指在海藻酸鈉溶液中摻入載銀離子的無(wú)機(jī)鹽納米材料，如含銀磷酸鋯鈉鹽等微粒，然后進(jìn)行混合紡絲，制得含銀海藻酸鹽纖維。

3.3 海藻酸鹽納米纖維的制備

靜電紡絲是目前制備納米纖維的一種有效技術(shù)。溶液靜電紡絲技術(shù)對(duì)溶液的性質(zhì)有一些特殊的要求，如溶液的黏度、鏈纏結(jié)程度、帶電特性等。文獻(xiàn)[29-30]已證實(shí)，采用靜電紡絲方法將純海藻酸鈉溶液紡制成海藻酸鹽納米纖維很困難。這是由于海藻酸鈉溶液在很低的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(如2.00%)時(shí)會(huì)發(fā)生凝膠化，致使噴射出來(lái)的是液滴或是包埋在串珠中的短纖維(即短纖維的一端或兩端為珠狀)。而提高海藻酸鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則會(huì)使紡絲液變得黏稠，無(wú)法進(jìn)行靜電紡絲。

為使海藻酸鈉溶液能夠進(jìn)行靜電紡絲，常用的解決方法是向紡絲液中添加其他聚合物、共溶劑或表面活性劑等，以降低溶液的黏度。與制備海藻酸鹽共混纖維類(lèi)似，靜電紡絲用海藻酸鈉溶液中摻雜的聚合物主要有PVA、PEO、明膠、殼聚糖等[31]，且一般還輔以一些共溶劑或表面活性劑，以進(jìn)一步提高溶液的可紡性。此外，還可添加一些功能性物質(zhì)，以制備多功能海藻酸鹽納米纖維。Safi等[32]在海藻酸鈉紡絲液中添加PVA或PEO，并通過(guò)靜電紡絲制得了光滑連續(xù)的共混納米纖維，且研究發(fā)現(xiàn)PVA或PEO的加入能改善海藻酸鹽納米纖維的強(qiáng)力和彈性。專(zhuān)利[33]公開(kāi)了一種以海藻酸鈉為基質(zhì)的納米纖維支架材料的制備方法，通過(guò)在海藻酸鈉靜電紡絲液中加入PVA或PEO及少量的甘油(丙三醇)，獲得了纖維直徑在50～500 nm 的納米纖維支架材料。盛冰冰等[34]對(duì)海藻酸鈉與PEO共混靜電紡絲進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在紡絲液中加入非離子表面活性劑Trition X-100(烷基芳基醚醇)和共溶劑DMSO(二甲基亞砜)能降低紡絲液黏度，改善可紡性。

3.4 改性海藻酸鹽納米纖維的制備

還有研究[35-37]為提高海藻酸鈉溶液靜電紡絲的可紡性，探討了海藻酸鈉疏水改性后靜電紡絲的可紡性，改性衍生物主要有海藻酸辛酰胺(ACA)、多醛基海藻酸鈉等，并制得了改性海藻酸鹽納米纖維。盡管海藻酸鈉疏水改性能在一定程度上提高溶液的電紡性能，但是改性后的物質(zhì)實(shí)際已產(chǎn)生了化學(xué)變化，其用作醫(yī)用敷料對(duì)人體的生物相容性及功能性尚未有定論，還有待做進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)海藻資源十分豐富，海藻年產(chǎn)量(鮮重)全球第一，但單位產(chǎn)值較日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相差甚遠(yuǎn)，海藻酸鹽的高端開(kāi)發(fā)與利用尚需加快步伐。作為其主要產(chǎn)品之一的海藻酸鹽纖維敷料，產(chǎn)品升級(jí)與應(yīng)用推廣也迫在眉睫。對(duì)海藻酸鹽纖維進(jìn)行功能雜化與納米纖維化，是今后技術(shù)發(fā)展的方向。高功能性的海藻酸鹽纖維敷料可為患者提供更優(yōu)良的產(chǎn)品體驗(yàn)，并能降低治療成本。相信隨著人們對(duì)傷口愈合過(guò)程認(rèn)知的加深，以及醫(yī)療保健意識(shí)的增強(qiáng)，國(guó)內(nèi)高端醫(yī)用敷料的使用將會(huì)越來(lái)越廣泛，海藻酸鹽纖維敷料產(chǎn)品應(yīng)用前景十分廣闊。