海藻酸盐纤维敷料及其纤维制备技术*

杨璧玲

广东职业技术学院纺织学院，广东 佛山 528041

近年，受糖尿病、褥疮、溃疡等慢性伤口护理，以及术后创面护理、烧伤护理等需求驱动，市场对医用敷料的刚性需求量十分巨大。且在伤口“湿性愈合”理念的影响下，人们希望医用敷料既能避免伤口遭受外界细菌的感染，又能保持伤口润湿与清洁。海藻酸盐敷料具有良好的生物相容性、可降解吸收性、抑菌性及优异的吸液性，能为伤口的愈合提供湿性条件，进而促进伤口愈合，减轻疼痛，是目前国际上最先进的医用敷料之一。早在21世纪80年代，国外就开始了海藻酸盐纤维敷料的研究与应用，但国内这方面目前研究与应用尚且不够深入与广泛。临床应用中，海藻酸盐敷料最主要的形式是纤维型，除此之外还有处于研究起步阶段的海绵型，以及水胶体、水凝胶等形式[1]。

本文将对当前海藻酸盐纤维敷料产品及其纤维制备技术进行介绍，以期对国内海藻酸盐纤维敷料的发展起到促进作用。

1 海藻酸盐纤维敷料的性能与应用

海藻酸是从褐色海藻中提取并加工成的一种线性聚阴离子型多聚糖，其由β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古罗糖醛酸(G)组成。海藻酸中，M与G两个链段以不规则的排列顺序分布于分子链中，中间以交替MG或多聚交替(MG)n相连接。海藻酸是一种高分子羧酸，其与各种金属离子结合后形成的海藻酸盐具有特殊的离子交换特性。该特性可赋予海藻酸盐纤维良好的止血、促愈和美白功能，且吸液性能优异[2]，加之海藻酸盐纤维具有良好的生物相容性、细胞活性、抑菌性，故海藻酸盐纤维是伤口和美容保健用的优良材料。

目前，国外海藻酸盐纤维也是利用其离子交换特性制备的，即海藻酸经碱溶解后形成海藻酸钠，再进一步与氯化钙交联形成不溶性的海藻酸钙。当前，海藻酸盐纤维敷料产品以海藻酸钙纤维敷料为主，海藻酸盐纤维敷料的众多优良性能与海藻酸盐纤维的性能有关。当海藻酸钙纤维敷料与创面接触时，钙离子会与创面渗出液中的钠离子交换，从而形成一层网状凝胶，这为创面的愈合提供了湿性条件，还能固定创面渗出液中的细菌，阻隔外界细菌的入侵；此外，游离的钙离子不仅对血小板具有激化作用，还具有凝血功能。有研究[3]显示，加入锌离子可进一步强化海藻酸钙的激化作用及凝血功能，提高止血功能。还有研究[4-5]表明，与高G含量的海藻酸盐纤维相比，高M含量的海藻酸盐纤维在与含钠离子的溶液接触后更易发生离子交换，故后者吸湿性更好；且高M含量的海藻酸盐纤维能提高细胞活性，刺激肿瘤坏死因子的释放，具备抑菌功效；但高M含量的海藻酸盐纤维强力较低，这不利于敷料的揭除。因此，适当配比海藻酸盐中M与G的含量可获得具有较好抑菌、吸湿及力学性能的纤维。

海藻酸盐纤维敷料在临床应用上主要有片状的敷贴和条状的敷条两种形式。敷贴即为制成的非织造布敷料切割成的小块，其适用于开放式创伤伤口，使用时贴于伤口表面；敷条即为制成的非织造布敷料切割成的长条，或为纤维直接梳理得到的纤维条，其适用于孔洞式创伤伤口(如鼻腔等腔道)的止血与修复，使用时填充于伤口内[6]。由于突出的吸液性能，海藻酸盐纤维敷料较适用于有中度到重度渗出液的伤口。对于较干燥的伤口，可将海藻酸盐纤维敷料先用生理盐水润湿后再使用。临床上，海藻酸盐纤维敷料主要应用于各类皮肤溃疡创面(如压疮、糖尿病足、放射性溃疡等)、手术后伤口、烧伤创面，以及肛瘘、鼻腔等窦道性伤口等患处[7]。

2 海藻酸盐纤维敷料产品现状

目前，国际上销售的海藻酸盐纤维敷料的主要生产工艺：先将从海藻中提取得到的海藻酸盐通过湿法纺丝制成纤维，然后通过纤维成网、水刺或针刺加固等技术制成连续的非织造布，最后经切割、消毒和包装制成医用敷贴或敷条。此外，还可以直接将海藻酸盐纤维梳理成条后切割得到医用敷条。由于在海藻酸盐纤维的湿法纺丝过程中大多采用氯化钙作为交联剂以凝固海藻酸钠细流，故制得的多为不溶性海藻酸钙纤维，这也是目前海藻酸盐纤维敷料以海藻酸钙纤维敷料为主的原因所在。

2.1 国产海藻酸盐纤维敷料

根据国家药品监督管理局网站的检索结果可知，截至2021年5月，已获得国产医疗器械产品注册的且在有效期内的医用海藻酸盐敷料产品共有76项，其中绝大多数是海藻酸盐纤维类的敷料产品，少数是海藻酸盐膜、海藻酸盐溶液浸泡海绵、海藻酸盐凝胶、海藻酸盐喷剂等形式的敷料产品。

海藻酸盐纤维敷贴一般有非自黏型和自黏型两种。非自黏型敷贴的敷芯由海藻酸盐纤维非织造布组成，使用时一般需结合其他固定物如粘贴布等固定于伤口表面；自黏型敷贴一般由涂有医用压敏胶的非织造布或聚氨酯薄膜(PU膜)基材、海藻酸盐纤维非织造布敷芯和离型纸组成，使用时去除离型纸即可黏附于伤口表面。也查见一些复合型敷料，如有的自黏型敷贴在基材与敷芯之间增加了一层医用吸水垫，还有的敷芯是在聚乙烯(PE)多孔膜包覆海藻酸盐纤维非织造布后再通过热压黏接制成的。

其他形式的海藻酸盐敷料产品，如海藻酸盐膜类型的敷料是将海藻酸钠膜涂覆于医用吸水垫上制得的；海藻酸盐溶液浸泡海绵类型的敷料是将医用软质聚氨酯海绵浸泡海藻酸盐溶液后再干燥制成的；海藻酸盐凝胶类型的敷料是由海藻酸钠、纯净水及其他物质如褐藻胶寡糖、卡拉胶寡糖、羧甲基纤维素钠、羧甲基壳聚糖、聚丙烯酸钠、凡士林、甘油等中的一种或多种混合制得的，还可增加一些生物纤维或非织造布作为基材；海藻酸盐喷剂类型的敷料是由海藻糖、低聚壳聚糖、甘油和纯化水等混合制成的。这些产品在海藻酸盐敷料中占据份额较少，远没有海藻酸盐纤维敷料那样广受市场和监管机构的认可。

2.2 进口海藻酸盐纤维敷料产品

根据国家药品监督管理局网站的检索结果可知，截至2021年5月，已获得进口医疗器械产品注册的且在有效期内的医用海藻酸盐敷料产品有21项，其中含羧甲基纤维素(CMC)的海藻酸盐敷料9项、含银海藻酸盐敷料8项、含普通海藻酸钙纤维的敷料有7项(所列举产品选项有交叉)。产品仍以纤维型海藻酸盐敷料为主，但关于纤维型海藻酸盐敷料具体的制备方式，如CMC的共混方式、含银成分的添加方式等，产品简介中都没有相应的技术说明。下文将对现有敷料用海藻酸盐纤维的制备技术加以介绍。

3 敷料用海藻酸盐纤维的制备

3.1 常规海藻酸盐纤维

常规海藻酸盐纤维的制备一般采用湿法纺丝工艺，且该工艺目前已较成熟。其过程主要为，可溶性的海藻酸盐(如钠盐、铵盐、钾盐等)溶于水中形成黏稠溶液，经脱泡过滤后由喷丝孔挤入含有高价金属离子(除镁离子以外)的凝固浴中，形成固态海藻酸盐长丝初产品，后经拉伸、水洗、干燥、卷曲形成纤维。由于目前常采用海藻酸钠溶液纺丝，并以含钙离子的凝固浴析出，因而制得的多为海藻酸钙纤维。这种湿法纺丝工艺制得的海藻酸钙纤维中存在较多的微孔，纤维的断裂强度及断裂伸长较低，但仍满足医用敷料对强伸性的要求，且吸液后敷料具有较高的完整性，即吸液后敷料能保持整片的结构，移除时不会有部分敷料残留于创口。当前，一些研发人员正在开展提高海藻酸钙纤维的强度、改善其纺丝性能的研究工作，以拓宽海藻酸钙纤维在纺织服装领域的应用。代表性的有青岛大学夏延致课题组开发的高强海藻酸钙纤维，其采用凝胶纺丝法生产，通过改变溶剂、凝固浴的组成及相关工艺参数，实现了对海藻酸钙纤维可纺性与服用性的提高[8]。

3.2 海藻酸盐共混纤维

海藻酸盐纤维敷料优良的性能使得众多研究者对海藻酸盐共混纤维展开了研究，以期获得更多良好性能的纤维。通常，为保持海藻酸钠纤维的特性，选择将一些生物亲和性的物质添加至海藻酸钠溶液中进行共混纺丝，或在纺丝后将海藻酸钠纤维经由添加有其他物质的凝固浴中析出，以制得共混纤维。其中，添加的其他物质大致可分为聚合物类、无机物类、药物精油类、银离子化合物类等，添加方式可采用单一添加或多种类添加等。

3.2.1 与聚合物类共混

现有研究中，与海藻酸盐共混制备纤维的聚合物主要有多糖类聚合物、蛋白分子类聚合物，以及水溶性聚合物等。聚合物的添加除了会赋予海藻酸盐纤维聚合物的特性[如羧甲基纤维素钠(NaCMC)的高吸湿性、壳聚糖的止血抗菌性、明胶的生物活性等]外，还可提高海藻酸盐纤维的力学性能。

与海藻酸盐共混纺丝的多糖类聚合物有CMC、甲壳素(或壳聚糖)、果胶、瓜尔胶、淀粉等，其中又以CMC和壳聚糖居多。Qin等[9]较早就开展了在海藻酸钠中加入CMC，通过共混纺丝制备伤口敷料的研发工作。朱平课题组[10-12]采用混合纺丝方法制备了NaCMC/海藻酸钠共混纤维，并对其性能展开了研究。结果表明，当纺丝液中NaCMC的质量分数为15.00%时, 制备的共混纤维各项性能优良。Liao等[13]将海藻酸钠纺丝细流先经过氯化钙凝固浴得到海藻酸钙纤维，再经壳聚糖水浴，使得壳聚糖在海藻酸钙纤维表面发生聚电解质效应并包覆在纤维表面，最终得到海藻酸钙/壳聚糖共混纤维。Sweeney等[14]将水溶性的壳聚糖与海藻酸钠混合纺丝，并用CaCl2作为凝固浴，制备海藻酸钙/壳聚糖复合纤维。研究结果表明，壳聚糖的添加提高了海藻酸钙/壳聚糖复合纤维的拉伸性能与吸水性能，且凝固浴中CaCl2的最佳质量分数为0.35%。黄亚飞等[15]研究还发现，与普通海藻酸盐纤维相比，海藻酸钙/壳聚糖复合纤维具有更加优异的抗菌性能，能够有效抑制大肠埃希菌和金黄色葡萄球菌的增殖。

与海藻酸盐共混纺丝的蛋白分子类聚合物主要有明胶、大豆蛋白、人发角蛋白等。Fan等[16]研究并制备了海藻酸钠/明胶共混纤维。杜予民等[17]先分别将海藻酸钠溶于纯水，将大豆分离蛋白溶于强碱水溶液，然后将这两种溶液按所需比例混合、纺丝，得到了力学性能优良的海藻酸钠/大豆分离蛋白纤维。严治杰[18]先采用碱法对人发进行溶解，制备人发角蛋白溶液；再将人发角蛋白溶液添加到海藻酸钠溶液中共混，通过纺丝制得人发角蛋白/海藻酸钙复合纤维。

与海藻酸盐共混纺丝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最为常见。夏延致等[19]将一定黏度与质量分数的海藻酸钠溶液与中高聚合度的PVA水溶液混合、纺丝，制得了强力、弹性及生物相容性较好的海藻酸盐/聚乙烯醇复合纤维，降低了生产成本。

3.2.2 与无机物类共混

与海藻酸盐共混的无机物类主要有硅胶、沸石及活性炭等，它们能起到增强海藻酸盐纤维对重金属、色素、异味等的吸附作用。专利[20]将海藻酸钠加入到含有活性炭的水溶液中，配制出混合纺丝液，再经湿法纺丝，并在含有钙、铜、锌等二价离子的凝固浴中凝固，制备出具有海藻酸盐与活性炭特性的复合纤维，可应用于医用敷料和日化用品等领域。

3.2.3 与药物精油类共混

药物精油类物质的添加能提高海藻酸盐纤维止血、抗菌的功能，并赋予其药物疗效。Sikareepaisan等[21]将中药积雪草中的有效止血成分——积雪草皂苷加入海藻酸盐溶液中，并通过湿法纺丝等工艺制成了敷料。研究结果表明，该敷料能缩短伤口的止血时间，减少出血量，并有助于修复创伤组织。侯晓欣等[22]在向海藻酸钠中添加一定量的仙鹤草及PVA后，通过共混湿法纺丝工艺制备出了医用海藻纤维。研究结果发现，该纤维吸液能力强，止血效果显著，抗菌性能符合国家标准。专利[23]公开了一种植物精油(天然抗菌剂)制备不同用途的抗菌海藻酸盐纤维的方法。专利[24]公开了一种含银离子和艾草精油微胶囊的海藻酸盐纤维的制备方法，所得纤维可有效提高敷料的抗菌、止血、止痛效果。

3.2.4 与银离子化合物类共混

将银离子添加到海藻酸盐纤维中能大幅提高纤维敷料的抗菌性能。目前，有关含银海藻酸盐纤维敷料产品的研究较多[25-27]。银离子的加入可采用化学反应法或混合法[28]。化学反应法指采用同时含有钙离子和银离子的凝固浴对海藻酸钠溶液喷丝细流进行凝固，反应后即得含银海藻酸盐纤维；混合法指在海藻酸钠溶液中掺入载银离子的无机盐纳米材料，如含银磷酸锆钠盐等微粒，然后进行混合纺丝，制得含银海藻酸盐纤维。

3.3 海藻酸盐纳米纤维的制备

静电纺丝是目前制备纳米纤维的一种有效技术。溶液静电纺丝技术对溶液的性质有一些特殊的要求，如溶液的黏度、链缠结程度、带电特性等。文献[29-30]已证实，采用静电纺丝方法将纯海藻酸钠溶液纺制成海藻酸盐纳米纤维很困难。这是由于海藻酸钠溶液在很低的质量分数(如2.00%)时会发生凝胶化，致使喷射出来的是液滴或是包埋在串珠中的短纤维(即短纤维的一端或两端为珠状)。而提高海藻酸钠溶液的质量分数则会使纺丝液变得黏稠，无法进行静电纺丝。

为使海藻酸钠溶液能够进行静电纺丝，常用的解决方法是向纺丝液中添加其他聚合物、共溶剂或表面活性剂等，以降低溶液的黏度。与制备海藻酸盐共混纤维类似，静电纺丝用海藻酸钠溶液中掺杂的聚合物主要有PVA、PEO、明胶、壳聚糖等[31]，且一般还辅以一些共溶剂或表面活性剂，以进一步提高溶液的可纺性。此外，还可添加一些功能性物质，以制备多功能海藻酸盐纳米纤维。Safi等[32]在海藻酸钠纺丝液中添加PVA或PEO，并通过静电纺丝制得了光滑连续的共混纳米纤维，且研究发现PVA或PEO的加入能改善海藻酸盐纳米纤维的强力和弹性。专利[33]公开了一种以海藻酸钠为基质的纳米纤维支架材料的制备方法，通过在海藻酸钠静电纺丝液中加入PVA或PEO及少量的甘油(丙三醇)，获得了纤维直径在50～500 nm 的纳米纤维支架材料。盛冰冰等[34]对海藻酸钠与PEO共混静电纺丝进行了研究，发现在纺丝液中加入非离子表面活性剂Trition X-100(烷基芳基醚醇)和共溶剂DMSO(二甲基亚砜)能降低纺丝液黏度，改善可纺性。

3.4 改性海藻酸盐纳米纤维的制备

还有研究[35-37]为提高海藻酸钠溶液静电纺丝的可纺性，探讨了海藻酸钠疏水改性后静电纺丝的可纺性，改性衍生物主要有海藻酸辛酰胺(ACA)、多醛基海藻酸钠等，并制得了改性海藻酸盐纳米纤维。尽管海藻酸钠疏水改性能在一定程度上提高溶液的电纺性能，但是改性后的物质实际已产生了化学变化，其用作医用敷料对人体的生物相容性及功能性尚未有定论，还有待做进一步的研究。

4 结语

我国海藻资源十分丰富，海藻年产量(鲜重)全球第一，但单位产值较日本等发达国家相差甚远，海藻酸盐的高端开发与利用尚需加快步伐。作为其主要产品之一的海藻酸盐纤维敷料，产品升级与应用推广也迫在眉睫。对海藻酸盐纤维进行功能杂化与纳米纤维化，是今后技术发展的方向。高功能性的海藻酸盐纤维敷料可为患者提供更优良的产品体验，并能降低治疗成本。相信随着人们对伤口愈合过程认知的加深，以及医疗保健意识的增强，国内高端医用敷料的使用将会越来越广泛，海藻酸盐纤维敷料产品应用前景十分广阔。