医用缝合线现状及其抗菌发展趋势

张泽天，屈硕，崔华帅，朱金唐，吴鹏飞，史贤宁，黄庆

(1.中国纺织科学研究院有限公司 生物源纤维制造技术国家重点实验室，北京 100025；2.北京中丽制机工程技术有限公司，北京 101111)

前言

缝合线作为一种能够为伤口闭合提供有效外力支持，并促进患者伤口愈合的医用材料，早在3000 多年前就已出现。马鬃、亚麻、棉线等天然动植物纤维曾被用作缝合线，用以治疗古代人们在狩猎、战争以及其他日常活动中形成的伤口[1]。但由于这些纤维强度较低、组织排异反应剧烈，使其在实际医疗活动中暴露出诸多问题。之后，源于蚕丝、羊肠等基材的缝合线因其低排异反应受到关注，并被沿用至今[2]。

随着化学工业不断进步，聚合物的开发和加工水平得到逐步提升，推动了合成缝合线的研究进程[2]。上个世纪30 年代，源于聚乙烯醇的第一根合成缝合线被开发出来，50 年代聚酯缝合线被首次合成。之后，一系列基于聚酰胺、聚丙烯、聚乙交酯等纤维材料的缝合线相继问世，且由于合成材料相对于天然材料具有良好的稳定性和生物相容性，逐渐成为主流产品，并形成了可吸收缝合线和不可吸收缝合线两大阵营[3,4]。值得关注的是，目前我国医疗行业不可吸收缝合线仍然占据主导地位，而具有更优异生物相容性的可吸收缝合线严重依赖进口。因此，了解当前缝合线发展现状，分析可吸收缝合线发展短板，是我国医疗行业亟需解决的问题。并且，国家对生物医疗产业的“卡脖子”问题也给予了极大关注，在“十四五”规划和“中国制造2025”中，认定生物医疗产业为“国家优先产业”，更是将高性能医疗器械视为创新突破战略前沿领域之一。

随着技术发展和生活水平的提高，对于手术缝合线的要求除了满足基本的伤口闭合需求，即良好的生物相容性、适当的机械性能、较小的组织拖拽力以及较好的可操作性外，能够促进伤口愈合，降低感染的抗菌消炎缝合线被越来越频繁地在临床使用过程中提出，成为当前缝合线发展的重要方向。

为更好地促进手术缝合线的发展，满足越来越多的临床需求。本文对医用缝合线现状及其抗菌发展趋势进行了系统的归纳，以期可以指导我国手术缝合线制备技术的发展，实现高品质手术缝合线的国产化。

1 缝合线研究现状

一般来说，手术缝合线的分类方式有很多，按照基材来源可以分为天然缝合线与人工合成缝合线；按照编织方式可以分为单股缝合线与多股缝合线；按照可吸收性能可以分为可吸收缝合线与不可吸收缝合线。考虑到医疗行业对缝合线可吸收性能关注度不断提升，文章在可吸收与不可吸收两个方面展开介绍。

1.1 不可吸收缝合线

不可吸收缝合线指的是在手术缝合进入人体后，规定的时间内不可以被人体吸收而需要术后拆线的缝合线。不可吸收缝合线能够在较长时间内维持其强度，适用于恢复期较长的伤口缝合，主要可分为天然不可吸收缝合线和合成不可吸收缝合线。

1.1.1 天然不可吸收缝合线

蚕丝纤维和棉、麻等纤维素纤维早已经被探究应用于缝合线，但后两者因为材料的强度、吸收性和组织反应较差，已逐渐被其他材料所取代，目前最常用的天然不可吸收缝合线是蚕丝缝合线。

蚕丝纤维结构比较简单，主要成分为蛋白质，组成的多肽分子容易聚集，表现出一定的结晶性，体内完全降解时间在两年以上，远远高于相关机构规定的60 天，因此被归为不可吸收类。由于柔顺性好、打结便捷、安全性高以及抗张强度适宜，蚕丝纤维很早就被用做缝合线，但早期的蚕丝缝合线未能除净丝胶，容易导致炎症反应。之后随着材料加工水平的进步，使得丝胶得以清除从而降低了蚕丝缝合线的炎症反应，这使其再次受到重视。同时蚕丝缝合线在进行幼嫩组织缝合时具有不易引起组织撕裂的优势，也使其在黏膜组织的修复以及擦伤缝合领域崭露头角[5]。近年来，国内外对蚕丝缝合线的研究一直也未间断，如日本蚕丝昆虫研究所采用蚕丝纤维制备了一种软质绢丝缝合线，由于蚕丝降解产物为人体所需的氨基酸，所以表现出良好的生物相容性和安全性[6]。此外，朱瑜等人也对我国云南、广西等地一种高价值蚕丝--琥珀蚕丝，开展了其作为整容外科缝合线的可行性研究。相较来说，琥珀蚕丝具有与普通蚕丝相近的生物相容性，但具有更高的打结牢度和力学强度，作为外科缝合线材料更为理想[7]。需要注意的是，蚕丝缝合线容易吸附细菌，导致伤口感染，并且在体内不易降解，可能会形成肉芽肿、脓肿甚至是不愈性窦道，这也是限制其发展的症结所在。

随着人们对新材料的探索进步，源于苎麻、剑麻、椰壳等基材的纤维素纤维由于加工简单、生物相容性良好以及具有潜在的抗菌性能受到手术缝合线领域的关注，但目前相关研究仍处于实验研发阶段，尚不具备规模化生产能力。

1.1.2 合成不可吸收缝合线

合成不可吸收缝合线具有材料来源广泛、加工便捷、价格低廉等优势，在缝合线市场中逐渐受到关注。并且，得益于聚合物加工水平的进步，合成不可吸收缝合线品类也越来越多，诸如聚酰胺（PA）纤维、聚酯（PET）纤维、聚丙烯（PP）纤维等都属此列。

聚酰胺（PA）纤维在缝合线领域的应用始于上个世纪中期，由于PA 具有较高的抗张强度，因而适用于较多创伤修复领域，在皮肤、口腔、脸部等缝合领域都有应用[9,10]，使用量占不可吸收缝合线使用总量的20%左右。临床上也在不断探索PA 缝合线新的应用领域，张立军等人探究了其在白内障摘除手术的应用，并对比了直径对手术切口的影响[8]。但需要注意的是，PA 缝合线也有其缺点，单股缝线柔软性有待提高，打结比较困难；多股PA 缝合线组织反应性大，易引发炎症。

相对于PA 缝合线，聚酯（PET）缝合线的市场使用比例更大，也是不可吸收缝合线的重要组成部分，具有抗张强度高、可操作性好、组织反应性低等优势。聚酯缝合线通常采用复丝编织，能够提供长期稳定的抗张强度，适用于心脏修补、瓣膜置换、整形外科等手术。由于强度仅次于不锈钢缝合线，因此应用于髌骨骨折治疗中，寿志强等人发现术后患者髌骨关节面平整、膝关节功能恢复良好，且没有出现感染、皮肤坏死、肌肉萎缩等不良反应[11]，既减轻患者痛苦又降低了治疗费用。

聚丙烯（PP）缝合线的使用量占不可吸收缝合线使用量的40%左右，主要以单丝形式应用，强度和韧性较高，密度较低，具有良好的化学稳定性和生物惰性。PP 缝合线良好的生物相容性通过细胞毒性、溶血实验、活体植入等一系列表征得到证实，显示出其在缝合线领域的应用潜力[12]，将其应用于乳腺癌术后皮肤缝合，具有拆线疼痛率低、瘢痕少等优势[13]。

1.2 可吸收缝合线

可吸收缝合线能够被人体组织降解，易被吸收或排泄，避免了二次手术对患者造成的痛苦，并且降解后减少了异物影响，能够减轻炎症反应，使得恢复后的创面光滑平整。不但能够保证与不可吸收缝合线相近的愈合效果，还能够显著降低住院的时间和经济成本。

1.2.1 天然可吸收缝合线

常见的天然可吸收缝合线主要有肠线缝合线、胶原蛋白缝合线和甲壳素纤维缝合线。

肠线缝合线源于羊肠膜下纤维组织层或牛肠浆膜连接组织层，由于来源广泛、成本较低、制作简单，是最早被利用的可吸收缝合线。一般未经处理的肠线缝合线强度在体内能够维持7 天左右，90 天左右完全降解。后来，研究者采用铬处理后，使其强度维持时间延长到20 天左右，能够满足愈合期较长的伤口恢复需求。但肠线缝合线存在的组织反应大、柔韧性差、批次间差异大等缺陷会降低其实际使用效果。

胶原缝合线的主要成分为Ⅰ型胶原，表面光滑不易附着细菌，具有良好的生物相容性，一般不会引起组织反应。但是胶原缝合线强度低，一般应用在眼科等微型外科手术中。

甲壳素可吸收缝合线的研究始于上个世纪70 年代，此类缝合线耐受性好，强度和韧度适中，材料来源较广，加工简便。但是甲壳素可吸收缝合线降解机理尚不清晰，降解速率不易控制，并且纺丝要求高，因而较少使用。

1.2.2 合成可吸收缝合线

在合成可吸收缝合线中，聚乙交酯（PGA）、聚乙丙交酯（PGLA）和聚乳酸（PLA）占据了目前较大的市场份额。

PGA 早在上个世纪30 年代就被合成出来，但由于极易水解一直未被重视。直到1962 年美国Cyananid 公司才以其为原料制备了第一根合成可吸收缝合线，并在1970 年商品化[16]。随后强生在1972 年推出了PGA 与PLA 的共聚物PGLA 缝合线，商品名为薇乔。PGA、PGLA 缝合线具有生物相容性好，无抗原性、无致癌性、组织反应性低等优势，在缝合线领域迅速发展并沿用至今[18,19]。90 年代初合成可吸收缝合线进入我国，但直到目前，国内可吸收缝合线产业仍以进口团线再加工模式为主，大多研究工作还处于实验室阶段，关键核心问题技术亟待解决。为了打破国外生产技术和装备的垄断，中国纺织科学研究院有限公司对合成可吸收缝合线的全产业链技术进行了系统研究，深入研究并明晰了纺丝工艺条件-纤维聚集态结构-纤维性能间的关系，取得了一定成果[20-23]，形成了PGA、PGLA 聚合物合成、高强纤维制备、缝合线编织、涂层、整理等全流程产业化技术及关键设备研制。目前也正在积极开展产业化推广，将极大地推动我国合成可吸收缝合线产业的进步。随着医疗水平的进步，国内不断在更多应用领域对PGA 缝合线进行了应用探索，例如在治疗儿童桡骨骨折中，姜世平等人探究了PGA 缝合线的治疗效果，结果显示其操作简单、创伤小、副作用少，对小儿骨折的愈合和功能康复十分有利[17]。

PLA 缝合线在1974 年由杜邦公司推出，由于PLA 降解初产物为乳酸，是人体运动后的代谢产物且其具有无毒、强度高、生物相容性优异等优势，所以对人体安全，广泛应用在体内软组织、器官或皮肤的缝合和结扎。崔红星等人曾对其进行了详细的调研，从化学组成、纺丝、编线等角度分析了PLA纤维用作缝合线的优势[14]。但PLA 缝合线也有一些缺点，如亲水性差、降解产物会使人体内环境偏酸，对细胞的生长不利等。因此研究人员在PLA 缝合线改性方面开展了大量工作，如以壳聚糖对PLA 纤维缝合线进行亲水改性，亲水性的提升显著提升了其降解速度，有望适应短愈合期伤口的治疗需求[15]，进一步拓宽PLA 缝合线的应用领域。

2 缝合线抗菌功能化研究现状

缝合线是外科手术中不可或缺的医疗器械，可以对伤口/切口进行有效闭合，但使用过程中也难免会出现副作用，即造成术后感染。手术部位感染是一种常见的术后并发症，在医院感染排行中位列第三，不但延长了患者住院时间，增加了患者痛苦，并且也增大了患者的经济压力[24]。

缝合线特别是具有编织结构的缝合线，存在黏附细菌的潜在危害，可能导致微生物累积[25]，成为术后感染的重要诱因之一。因此，实现缝合线的抗菌功能对避免或减轻术后感染具有十分重要的意义，也引起了中外医疗行业研究者的关注和重视。目前缝合线在抗菌方面的研发主要依据三种机理，第一类是抗菌剂与细菌细胞膜相互作用，影响膜的渗透性，使得菌体内蛋白质、盐类和核酸等重要物质外漏，达到抗菌目的；第二类是抗菌剂干扰细菌重要蛋白质的合成，使其失去存活必须的酶，从而实现菌体失活；第三类则是直接作用于细菌DNA，抑制其转录和复制，进而阻止了细菌的细胞分裂，发挥抑菌功效。此外，一些其他的抗菌机理，如诱导细胞凋亡、抑制细胞壁形成以及抑制细菌呼吸作用等机理，目前尚不明确，仍需要进一步探究。文章从加工制备方式的角度对目前缝合线的抗菌功能化进行简单介绍。

2.1 缝合线涂层抗菌功能化

缝合线涂层抗菌功能化是目前最为常见的一种方式，通过在缝合线外表面涂覆抗菌涂层赋予其抗菌功效。如Chen 等人将丝线浸渍在含有左氧氟沙星盐酸盐的聚己内酯涂层，由于左氧氟沙星盐酸盐能够抑制细菌DNA 旋转酶活性，阻止其DNA 的合成和复制而使其失活，所以得到的缝合线对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌都表现出优异的抗菌效果，并能够有效防止细菌粘附[24]。Janiga 等人使用了左氧氟沙星和硝基咪唑化合物两种抗菌素，以生育酚乙酸酯为涂层，不但能够发挥上述左氧氟沙星的抗菌功效，而且硝基咪唑化合物中的硝基在无氧环境中易被还原为强亲电作用的氨基，能够与细菌中的核酸、蛋白质等亲核自由基结合，破坏细菌DNA的双螺旋结构，阻断其转录复制，从而使其失活。因此得到的缝合线能够有效抑制细菌生长，在较长时间内防止生物膜的形成，可以预防好氧菌、厌氧菌和致病性微生物感染，表现出良好的抗菌功能[26]。Franco 等人则合成了一种具有抗菌功能的多肽6mer-HNP1，带有正电荷的抗菌肽能够与细菌细胞膜表面带负电荷的磷脂基结合，引起细胞膜坍塌，使其失活，从而发挥抗菌功效。将其作为涂层应用到缝合线，大大减少了细菌的附着程度，抑制了表面生物膜的形成，表现出优异的抗菌效果[27]。除去药物抗菌外，具有广谱抗菌功能的纳米银粒子（AgNPs）也早已引起了生物科学研究者的关注，AgNPs 能够通过与细菌细胞膜中的硫醇基结合，破坏细胞膜的完整性；还能以颗粒形式沉积在细菌液泡和细胞壁中，抑制其DNA 的复制；此外还可能产生活性氧诱导细胞凋亡、破坏细胞结构组成以及诱导细菌蛋白质失活等作用共同达到抑菌目的。因此，Syukri 等人采用非原位法在丝质手术缝合线上通过桉叶提取物将AgNPs 沉积到缝合线表面，发现包覆后的缝合线对金黄色葡萄球菌表现出较强的灭活作用，对革兰氏阴性病原体，包括鲍曼不动杆菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌等也具有杀菌功效[28]。

2.2 缝合线本征抗菌功能化

研究发现，缝合线采取涂层方式达到的抗菌效果往往只能维持较短时间，若实现抗菌剂在愈合期内持续释放，只能增大抗菌剂用量，而这会对人体安全构成威胁[29]。为了解决这一问题，研究者考虑将抗菌材料直接引入纤维基材，以达到长期缓慢释放的目的。如Francis 等人将具有广谱抗菌活性的碘用于交联蚕丝纤维，处于游离状态的碘原子具有超强的氧化作用，能够破坏细菌的细胞膜结构及其蛋白质分子，发挥抗菌作用。实验结果显示改性后的蚕丝缝合线能够持久缓慢地释放碘，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌表现出明显的抗菌效果[30]。此外，二氧化钛（TiO2）纳米颗粒也是一种常见的抗菌材料，TiO2经光照能够发生电子跃迁，跃迁后的电子会与水和氧发生一系列氧化还原反应，形成强氧化性的羟基自由基和超氧自由基，这些物质会破坏细菌的细胞壁和细胞膜，并进入其细胞内破坏生物酶，使细菌失活，实现抗菌功效。通过氢键、离子键作用将TiO2引入丝素纤维缝合线，结果显示在TiO2含量为1.75%的条件下得到的纤维缝合线对大肠杆菌的抑制率能够达到97.41%，并表现出长期抗菌功效[29]。

目前虽然有大量抗菌缝合线的研究工作正在开展，但大多还处于实验室阶段，产业转化还任重道远。

3 总结

总的来说，当前阶段缝合线市场发展前景巨大，而不同材质医用缝合线的实际应用仍然存在各自的不足，如蚕丝降解效率低、聚酰胺纤维组织反应性大、可吸收缝合线吸收时间不稳定等，需要探究改善缝合线自身性能的方法。随着材料制备技术的发展和医疗水平的进步，缝合线被寄希望在抗菌、消炎、伤口监测等方面发挥功效，以更好地促进伤口愈合，减轻伤者病痛。因此，缝合线研发中原料纤维自身性能的提升和缝合线的多功能化将是未来的重点研究方向。