医用纺织品的应用研究进展

魏娴媛

(江西服装学院 服装设计学院，江西 南昌 330201)

医用纺织品是生物、医学、材料和纺织等相关学科深度融合的产物，具有科技含量高、附加值大和创新性强等特点[1]，在医疗卫生、保健、生物医学工程等领域，发挥着不可替代的作用，具有重要的应用价值。

医用纺织品是以纤维为基础、纺织技术为依托、医疗应用为目标的医用材料，在治疗、修复、替换人体损伤或病变器官组织方面有着不可替代的作用。另外，医用纺织品还具有隔离病菌、防辐射、防有害粉尘及化学溶液等功能，能够有效保障医护人员的生命安全和保持工作环境清洁。随着现代医疗技术的进步与发展,未来医用纺织品的发展空间和市场前景十分广阔[2]。

本文采用文献研究法和案例分析法来探索医用纺织品的应用研究进展，目的是掌握医用纺织品的分类、制备方法和最新应用研究进展，以促进我国医用纺织品的产业化发展，并对医用纺织品今后的研究方向提出具体可行的建议，为我国医用纺织品向复合化、微型化、功能化和可降解方向发展提供可参考价值和借鉴意义。

1 医用纺织品的分类

目前，医用纺织品已在医疗领域得到广泛应用，其有多种分类形式。按照材料的性质分类：①天然高分子基纤维材料，如海藻酸、甲壳素、骨胶原、蚕丝、竹浆纤维等；②合成高分子基纤维材料，如聚乳酸、聚酰胺、聚烯烃、聚丙烯、聚乙交酯、聚对二氧环己酮、聚酯纤维等；③功能改性高分子基材料，如海藻酸/明胶、海藻酸/甲壳素、海藻酸/聚乙烯醇、海藻酸/壳聚糖、海藻酸/壳聚糖/聚乙烯乙二醇微囊等[3]。按照使用目的分类：①体外治疗类纺织品，包括伤口护理敷料、医用绷带等；②体内植入类纺织品，如人工心脏瓣膜、人工血管、人工神经导管、可降解输尿管支架管、人工皮肤、手术缝合线等；③保健与防护类纺织品，如康复护具、康复手套、弹力围腰、保健鞋垫、医用夹板、压力衣、压力袜、防护服、手术服、口罩、隔尿垫、防褥垫等[4]。

医用纺织品在研发前需要制定明确的医疗应用目标，其研发周期长，审批手续复杂严格。近几年，医用纺织品依托医疗和纺织科技的进步，主流产品正朝着高性能、高可靠性、智能化、微型化和低价格方向发展。

2 医用纺织品的制备方法

2.1 纺丝工艺

常规的纺丝工艺是将聚合物中的团聚体制备成液态(或黏流态)，再将聚合物溶液或熔体从压力喷丝头中挤出，冷却固化成纤维材料。医用纺织品的纺丝工艺有：熔法纺丝、湿法纺丝、干法纺丝、干湿纺丝、凝胶纺丝、液晶纺丝、乳液纺丝、离心纺丝、静电纺丝等[5]。例如美国Alex James & Associates公司采用熔法纺丝工艺制备出医用复丝和细旦单丝；德国FilaTech公司采用湿法纺丝制备了中空纤维膜，用于血液透析和净化[6]。不同纺丝工艺制备的纤维形态结构和直径各不相同，纤维形态有圆形、十字形、中空形、多孔形等，纤维直径覆盖纳米级(通常为100 nm以下)至毫米级尺度。不同纤维横截面SEM形态[7]见图1。

图1 不同纤维横截面SEM形态

2.2 织造工艺

医用纺织品的织造工艺有机织、针织、编织及非织造等。传统织造工艺是以各种纺织纤维为基材，经过纺纱、织造、染整等工序，形成规则的片状织物。非织造不同于机织、针织、编织等传统织造工艺，没有纱线成形的中间步骤，而是由随机排列或定向排列的纤维，通过抱合、黏结、摩擦等方法制备的絮垫、薄膜或纤维网[8]。根据医用纺织品的生产要求和标准，可采用一种或多种织造工艺来制备，得到的织物力学性能各不相同。例如双针经编机和小口径圆形经编机可用来织造人造血管和血管外支架；针织、编织类织物的孔隙或孔径大，弹性和延伸性较好，适用植入式或非植入式医用纺织品，如人工气管、人工韧带、疝气补片、医用敷料、绷带等；涤纶人造血管通过针织和机织2种方法制成，具有良好的力学性能，适用于大口径血管矫接手术。机织物与非织造布形貌对比见图2。

图2 机织物与非织造布形貌对比

2.3 整理工艺

医用纺织品的整理工艺主要有印染与功能性整理，如防热、阻燃、拒液、亲水、防病毒、抗菌、抗静电、防固态微粒渗透整理等，由于医用纺织品的应用环境特殊，所以更侧重织物的功能性整理[9]。例如拒液整理是应用一种或多种整理剂，对织物进行改性，赋予织物拒水、拒油、拒酒精、拒喷溅血液、拒尿液和拒呕吐物等功能。目前医用纺织品中常用的整理剂是氟碳化合物和C8氟系整理剂，经过整理的织物拒液性能优异。

抗菌是医用纺织品重要的性能指标，当前较常用的抗菌整理剂是有机硅季铵盐，其综合性能较理想，整理后的织物不仅抗菌、抑菌性能优异，且具备良好的吸湿性和柔软性。文献[10]提到利用含季铵基团的三甲氧基硅烷与二氯甲烷制成整理剂，对聚酯织物进行后整理，织物在温度100 ℃抗菌整理10 min后，其耐洗性和抗菌性变得更加优异。

3 医用纺织品的应用研究

3.1 体外治疗类纺织品

体外治疗类纺织品的产量更大，应用市场更广泛，全球有许多知名制造商，如美国的杜邦公司、3M公司，日本的艾谱德公司、重松公司等。从临床治疗及护理效果方面考虑，值得关注的是伤口护理敷料、医用绷带等纺织品。

3.1.1 伤口护理敷料

伤口护理敷料能够对烧伤、擦伤、手术切口及其他类型伤口进行保护，防止细菌感染，并有效促进创面愈合。伤口护理敷料材料主要包括：①天然高分子生物材料，主要有天然多糖材料(壳聚糖、甲壳质、纤维素)和天然蛋白质材料(纤维蛋白、胶原蛋白)二大类，具有机体相容性、生物可降解性和功能多样性等优点；②合成高分子生物材料是利用聚合法制备的高分子材料，呈现多种多样的物理化学性质，主要有硅橡胶、聚氨酯、环氧树脂、聚四氟乙烯、丙烯酸酯水凝胶、聚甲基丙烯酸甲酯等。目前，合成高分子生物材料已成为制备软硬组织修复体、医用黏结剂、缝合线、人工器官的主要生物材料。

美国德星技术(DelStar Technologies)公司开发了Stra-tex®系列复合织物，在手指创可贴中得到广泛应用，敷料可以任意剪裁和切割，扭曲、拉伸后不易变形，能够快速止血和防止细菌感染，手指创可贴织物[10]见图3。美国WPT公司开发出棉/粘胶50/50混纺基布，表面可覆盖石膏涂料，此款医用混纺基布比传统基布的抗菌性、吸水性更优异，医用混纺基布[11]见图4。

图3 手指创可贴织物

图4 医用混纺基布

3.1.2 医用绷带

医用绷带用于骨折和扭伤包覆固定、防止继发感染、减轻水肿、固定医用敷料、止血止痛等方面。大多数医用绷带属于轻薄型织物，以棉、聚酯纤维、粘胶纤维居多，经过洗涤、漂白和消毒处理后，可用于伤口包扎。按照加工方式可区分为针织、机织、编织及非织造等类型。常见绷带类型及特征见表1。

表1 常见绷带类型及特征

3.2 体内植入类纺织品

与体外治疗类纺织品相比，体内植入类纺织品的产量较低，但专业化程度、科技含量和生产利润较高，部分产品年均产量仅为10件左右，且需符合相应的技术要求。例如人工心脏瓣膜在设计、生产、试验方法及包装等方面需符合GB 12279—1990 《人工心脏瓣膜通用技术条件标准》，手术缝合物的生产需要符合YY 1116—2010 《可吸收性外科缝线》医药卫生标准等。体内植入类纺织品一般由可吸收性或不可吸收性纤维制成，可吸收性纤维能被人体有效吸收和分解，不可吸收性纤维为永久性固件，不能被人体吸收[12]。

3.2.1 人工心脏瓣膜

目前，全球每年有超过18万个人工心脏瓣膜被植入患者体内。人工心脏瓣膜是治疗心脏瓣膜缺损或退行性病变的心脏植介入医疗器械[13]。人工心脏瓣膜经历了机械瓣膜→生物瓣膜→介入瓣膜的发展过程。机械瓣膜由金属支架、碳纤维材料和人造织物制备而成，具有小口径、耐久性好等优点，但是缺点也非常突出，如患者需要终身服用药物来预防瓣膜上形成血栓。机械瓣膜的种类有斜碟瓣、双叶瓣、球笼瓣和笼碟瓣等；生物瓣膜是结合人工支架、动物的主动脉瓣或心包和人工织物制成，分为生物瓣膜和异种生物瓣膜2种，临床应用广泛[14]。生物瓣膜有较好的生物相容性，不需长期抗凝，不易形成血栓，但是使用寿命较低。随着介入技术的进步，经导管二尖瓣夹合术(MitraClip)经导管主动脉瓣干预(TAVI/TAVR)也成为特定患者的手术选择，介入瓣又称为微创介入心瓣，患者治疗后创伤微小、恢复快，疗效显著。

2017年中国首款人工心脏瓣膜J-Valve通过官方审批认定，可用于TAVI技术治疗主动脉瓣膜关闭不全和主动脉瓣膜狭窄2种病变的心脏瓣膜[15]。美国爱德华兹生命科学公司研制出经皮导管心脏瓣膜(THV)，由基于导管的人工心脏瓣膜和植入瓣膜的附件组成，用于治疗严重主动脉瓣狭窄患者[16]。

3.2.2 人工血管

心血管疾病是严重危害人体健康的多发性疾病，重症患者需要采用血管移植方式治疗，而自体血管移植来源有限，故需要大量人工血管。大多数人工血管由高分子材料编织而成，适用于全身各处血管移植术。目前，大、中口径人工血管的生产技术较成熟，内径为6 mm以上的人工血管，采用聚酯纤维和膨化聚四氟乙烯(PTFE)制备，其防凝血性及生物相容性较好，临床应用效果较好。小口径人工血管(内径小于4 mm)一般采用嵌段聚氨酯制备，临床应用效果不太理想，在血流冲击下易破裂、易变形，技术上还有待进一步突破，是当前研究的热点。

李坤[17]针对介孔材料构建肝素控释的小口径人工血管进行了研究，结论表明介孔人工血管能够保持肝素的长期活性，其血液相容性较好，可进行小口径血管移植应用。2015年上海大学快速制造工程中心利用静电纺丝和微压印技术研发出三层人工血管，新型血管组织能够促进新细胞生长并最终替代老细胞，再被人体吸收降解形成新血管。沈高天[18]采用天然桑蚕丝为原料，利用脱胶、溶解等工艺制备出再生丝素蛋白，并对脱胶后真丝材料表面进行层层自组装改性，提升了移植手术成功率。

3.2.3 人工神经导管

人工神经导管可用于修复周围神经缺损，也是目前医用纺织品的研究热点之一。人工神经导管的制备方法有模具法、纤维黏贴法(丝网法、芯轴黏贴法)、静电纺丝法、3D 打印法等。人工神经导管历经了多年的探索与研究，已经突破可降解、导管微结构等关键技术。

孙丹丹[19]采用甲壳素非织造布、聚乙丙交酯(PGLA)医用纤维制备神经导管，增强了神经导管的抗扭转能力和拉伸性能。ANDREAS等[20]在胶原基质中包覆聚己内酯(PCL)纤维丝，再填入PCL神经导管中，与鸡胚背根神经节、胶质瘤细胞共混培养，研究表明聚己内酯纤维丝能够促进许旺细胞(Schwann cells)的三维生长和迁移。WANG等[21]制备出修复比格犬长节段坐骨神经缺损的神经导管，其修复效果显著，接近于自体神经移植修复的效果。朱祥等[22]将3D打印技术应用于构建仿生脊髓神经导管，制备的神经导管管壁上有相互贯通的微孔结构，有利于控制管内的生物微环境，以促进神经生长。

3.2.4 可降解输尿管支架管

输尿管支架管的主要作用是引流尿液、维持管径，促进输尿管术后愈合和预防输尿管狭窄，可大大提升手术的成功率。可降解输尿管支架管的成型方法有挤出法、缠绕法、纺织法等，纺织法又分为针织成型和编织成型。目前在可降解输尿管支架管的临床应用中，存在支架管力学性能不足、制备工艺繁琐、降解无规律及易造成堵塞等问题。

沈志静等[23]采用聚乙交酯(PGA)材料制备编织型可降解输尿管支架，制备得到的PGA编织型输尿管支架的孔隙率达到90%以上，能够满足临床应用要求。王晓庆等[24]采用静电纺丝技术，运用聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)制备可降解纳米输尿管支架管，进行了体外降解实验，结论表明采用静电纺丝技术得到的可降解输尿管支架管达到了降解时间的要求，PLGA材料是制备可降解输尿管支架管的理想材料。玉银华[25]研究了PLGA制备可降解输尿管支架管的降解规律，研究表明PLGA共聚后，生物相容性优异，其降解速度比均聚物提高近10倍。

3.2.5 人工皮肤

人工皮肤是应用细胞生物学和组织工程技术，在体外人工培养的皮肤代用品，用于修复、重建或替代创伤的皮肤组织。人工皮肤替代物类型主要有表皮、真皮和全皮，其作用是预防感染、促进肉芽或上皮生长，防止水分或体液蒸发。目前，用于制备人工皮肤的材料众多，按材料特性分为天然材料和生物合成材料。天然材料主要有葡糖胺聚糖(GAGs)、硫酸软骨素(CS)、壳聚糖和胶原等，应用化学或物理方法来提高人工皮肤的力学性能。生物合成材料主要由羟基乙酸(GA)、乳酸(LA)、ε羟基己酸、β2羟基丁酸等材料聚合而成，其具有可降解、可塑性强，材料来源范围广泛等特点，适合产业化和规模化生产。

黄汉萍等[26]从牛筋腱中提取出甲壳糖、质酸和胶原基材，应用交联法制备得到新型胶原复合膜，实验表明此新型复合膜是一种理想的活性人工皮肤材料。曹成波等[27]制备得到三层结构的人工复合皮肤，其生物相容性、渗透性良好，能够有效防止创面水分蒸发、预防感染，促进细胞成长。

3.2.6 手术缝合线

手术缝合线主要用于外科手术，如缝合、结扎止血及人体组织缝合的特殊线。其类型有可吸收缝合线和不可吸收缝合线。可吸收缝合线有胶原线、羊肠线、壳聚糖线、甲壳素线、聚乳酸线、聚乙交酯线等。不可吸收缝合线有丝线和普里林(Prolene)线等，需要术后进行拆线处理。目前，我国基层医院的外科手术主要采用不可吸收手术缝合线，可吸收缝合线以进口为主，自主知识产权的可吸收缝合线有待于进一步研发[28]。

美国爱惜康(Ethicon)公司采用二氧环己酮、乙交酯材料，制备出共聚物手术缝合线，此种缝合线柔韧性强、机体吸收期短，临床应用效果好[29]。郭振友等[30]采用葡糖胺聚糖(GAGs)、胶原等材料制备得到可吸收缝合线，实验表明此种手术缝合线无毒、无害、无任何副作用，且可塑性、柔韧性强。郑宁来[31]采用自动机械撕揭鳞片石墨的方法研制出非氧化态石墨烯，并应用制备石墨烯手术缝合线，实验表明石墨烯手术缝合线的生物相容性、抗菌性优异，且易降解、易吸收，打结强度高，是一种理想的手术缝合线。

3.3 保健与防护类纺织品

保健类纺织品有头、颈、肩、肘、腕、腿部护具、康复手套、弹力围腰、保健鞋垫、医用夹板、压力衣和压力袜等。此类织物大多采用弹性纱线材料制备，并编织成特定的几何状织物，可应用在人体局部保健康复中。如YU等[32]采用锦纶、氨纶等纤维制备出压力手套，实验表明此款织物压力手套比塑料压力手套的透气性、吸湿性、舒适性和亲肤性更好，在烧伤疤痕治疗中效果显著。苏靖[33]研制出玻璃纤维纬编医用复合夹板，适用于肘、腕、手和踝关节康复治疗。

防护类纺织品有防护服、手术服、口罩、隔尿垫、防褥垫等。防护类纺织品用于特定的医疗环境，作用是隔离病菌、防辐射、防有害粉尘及化学溶液等，能够有效保障穿着者的安全和保持工作环境清洁，具有重要的医用价值。例如美国3 M公司生产的3MTM4620型防护服采用新型三层超细纤维和纺粘非织造布技术生产，不仅具有良好的透气性，而且安全性优异；日本的特高步(TacaoF)聚酯纤维防褥垫，经PU防水涂层处理后，阻燃、防滑、抗菌、防臭性能优异；美国斯威夫特纺织品金属化(Swift Textile Metalizing)有限公司研发的导电非织造织物，有着优异的生物相容性和抗菌性，在医用防护服、口罩等纺织品中得到广泛应用。

4 结束语

本文综述了医用纺织品在医疗领域中的发展和应用现状，首先根据材料性质和使用目的进行了分类，然后从纺丝工艺、织造工业和整理工艺3个方面探讨了医用纺织品的制备方法，着重分析了体外治疗类、体内植入类、保健与防护类纺织品的应用研究。经研究分析可知，我国高端医用纺织品的核心技术与先进国家相比还存在一定差距，高精尖产品的市场占有率很低，但是在国家支持和研究者的共同努力下，在许多方面取得了可喜的成绩，未来医用纺织品产业的发展前景将十分广阔。

本文提出以下几点展望：①加快政产学研医合作，促进生物、医学、材料、信息、纳米等高新技术与纺织工程技术的交叉融合；②优化升级医用纺织材料产业体系，促进医用纺织材料向复合化、功能化、微创化、智能化和可降解的方向发展；③完善高、中、低端医用纺织品的种类，建立医用纺织品的检测标准、评价体系和保障机制；④探究医用纺织材料与生物体的互动响应机制，突破微型化、高阻隔、高精度医用纺织品的关键技术；⑤政府注重指导投资者或企业了解医用纺织品产业现状及整体发展态势，企业要加强跨地区、跨行业、跨部门之间的合作交流，积极开展技术创新研究和新产品开发。