漢麻基纖維素水凝膠復合功能性傷口敷料制備及性能研究

李曉茹

(青島大學紡織服裝學院，山東 青島266000)

目前，傷口敷料用于促進傷口愈合，提供一個合適的環境，保護受損組織和防止細菌滲透。 一個理想的傷口敷料不僅可以覆蓋和保護受影響的區域，還可以在傷口周圍營造一個濕潤的條件，去除滲出物，防止細菌感染和生物膜的形成，理想情況下提高愈合促進疤痕形成。 現在，傷口敷料的重點從傳統的干燥被動產品轉變為多功能性的促濕材料，其中包括納米纖維薄膜、水膠體、支架和水凝膠。

天然纖維具有優異的熱穩定性[1]、吸濕性[2]和生物降解性[3]，這使天然纖維成為低成本和環境友好型的替代品。 其中漢麻纖維是最環保的天然纖維之一，也是最古老的纖維。 多孔結構使漢麻纖維吸收大量的水。 與不同的植物材料相比，漢麻纖維不僅具有更高的吸水率，而且在最初的幾分鐘內也能吸收大量的水，應用廣泛[4]。 漢麻基水刺非織造布有著更好的吸收能力、接觸舒適性、柔軟度、彎曲性能并且毛羽比傳統敷料少得多，因此可以有效地防止敷料與傷口粘連，有利于新型傷口敷料的開發應用[5]。 靜電紡絲納米纖維技術可以提供改善傷口愈合的解決方案。 靜電紡絲的聚合物纖維[6]具有較大孔隙率，通過靜電紡絲產生的納米纖維能夠向傷口提供氧氣并持續的釋放藥物。 使用不同性質的不同類型的聚合物有助于增強納米纖維對滲出物的吸收。 納米纖維具有適用于傷口愈合的理想結構。 水凝膠是安全且可生物降解的材料，在其三維(3D)聚合物網絡結構中含有大量水，具有多孔性、親和性和生物相容性[7-9]。 水凝膠通過其水分交換活動幫助促進傷口愈合，從而在傷口和敷料之間形成最佳環境。 高水分含量提供冷卻，舒緩效果，并減少與換藥相關的疼痛。 此外，水凝膠的有限粘附意味著它們可以很容易從傷口中移除，而不會對愈合組織造成進一步的創傷。 水凝膠已被成功地用作制造敷料的基質，用于持續遞送必需生長因子和愈合劑以促進傷口愈合。 因此漢麻基纖維素水凝膠復合功能性傷口敷料研究具有深遠的意義。

傳統敷料最初由天然材料制成，例如植物纖維和動物脂肪，以簡單地覆蓋傷口，不利于傷口的愈合[10-11]。 發展到今天，現代敷料已經逐步發展為不僅可以覆蓋皮膚表面，而且可以促進傷口組織愈合及再功能化[12]。 這些敷料目的是在創傷表面創造濕潤環境，促進組織修復，防止傷口脫水和促進愈合[13-15]。 并且還應具有良好的防菌性、抗菌性以防止周圍細菌的感染。 這就要求敷料具有一定的柔軟性、液體吸收性、透氣透濕性和適宜的擴散性等性能。 因此本文對復合功能性傷口敷料的基本物理和化學性能進行了測試。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與儀器

實驗材料如表1 所示

表1 實驗材料

實驗儀器設備：精密電子天平、磁力攪拌器、靜電紡絲機、Phenom ProX 臺式掃描電子顯微鏡(復納科學儀器，上海有限公司)、HTS-RRD1000 柔軟度測試儀(東莞市中野精科儀器有限公司)、YG461E 數字式透氣量儀、YS02A 型八籃恒溫烘箱、PSM165 孔徑測試儀。

1.2 實驗過程

1.2.1 漢麻基水刺非織造布的制備

圖1 漢麻基水刺非織造布

設計面密度為50 g/m2，采用不同混合比例的漢麻/粘膠纖維60/40 進行梳理成網，水刺加工如圖1。 測試不同混紡比水刺非織造布的基本物理機械性能、透濕性能。 選擇混紡比60/40 的漢麻/粘膠水刺非織造布，表面形貌分析、結構分析、孔徑分布分析、保水性能分析。 從而得到敷料所需要的厚度適中，具有較好柔軟性、透氣性、透濕性和保水性等物理性能的漢麻基水刺非織造布[16]。

1.2.2 再生SF 納米纖維膜

根據已發表的論文[17-18]對繭絲進行脫膠。 常溫下將氯化鈣(CaCl2)(純度99%)溶解在甲酸(FA)(純度98%)溶液中，用攪拌器機械攪拌3 h配置濃度為4% (w/v) FA-CaCl2溶液。 然后，將脫膠的繭絲溶解在FA-CaCl2溶液中， 攪拌4 h 得到SF 紡絲液。 用透析袋透析該SF 紡絲液3 天，把處理后的紡絲液倒入培養皿中，室溫下自然干燥成膜。 將SF 膜與FA 再次混合，形成最終的再生SF溶液(其中SF 質量分數5%(w/v))。 在室溫下使用相同的注射器吸收紡絲液，在不同的條件下進行靜電紡絲，并對制得的再生SF 納米纖維膜用體積分數75 %的酒精溶液進行后處理30min，自然晾干如圖2。

圖2 靜電紡絲SF 紡絲溶液的制備

1.2.3 纖維素基水凝膠

將納米纖維素粉末(CEL)分散在去離子水中，制備CEL 溶液(固含量88%)，攪拌5 分鐘，然后將冰箱溫度設置為-20℃，低溫保存CEL 溶液后，將其轉移到室內環境中，進行機械攪拌一段時間直到獲得半透明的CEL 溶液。 將比例為6wt%氫氧化鈉/4wt%尿素/90wt%去離子水(NaOH/urea/H2O)溶液混合并攪拌5 分鐘。 將羧甲基纖維素粉末(CMC)以CMC /CEL 8 ∶2(w / w)的比例混合在CEL 溶液中，編碼為CCE82。 將混合溶液在室溫下攪拌處理，混合均勻，得到半透明混合物。 將交聯劑環氧氯丙烷(ECH)加入混合物中，在室溫下攪拌6 小時。 將其移動到室溫環境中，2h 后得到水凝膠。 在該實驗中，形成纖維素基水凝膠[19]如圖3。

圖3 纖維素基水凝膠的制備流程圖

1.2.4 漢麻基纖維素水凝膠復合功能性傷口敷料研究構思

該傷口敷料設計為三層結構，分為保護層、接觸面層、水凝膠涂層。 其中，保護層為利用水刺加工技術制備的漢麻基非織造布，設計克重為50g/m2；接觸面層是利用靜電紡絲紡制的SF 納米纖維膜，SF 納米纖維均勻鋪在水刺非織造布上，成纖性較好。 然后將超吸水性、自愈性的水凝膠涂在SF納米纖維膜與非織造布復合功能性傷口敷料基底布上形成最終的功能性傷口敷料，具有保濕性、防菌性、防止液體擴散性、吸水性、自我愈合性等的多重功能。

功能性傷口敷料研究構思如圖4：(I)將水凝膠涂覆到復合功能性傷口敷料基底布上； (II)將水凝膠涂覆的復合功能性傷口敷料施用于患者的皮膚； (III)顯示復合功能性傷口敷料如何應用于皮膚上。

圖4 具有雙重功能的水凝膠功能化織物示意圖

2 性能測試與表征

2.1 掃描電鏡成像(SEM)再生絲素蛋白納米纖維

2.2 面密度

按照國家標準FZ/T60003-1991，采用圓盤取樣機在非織造布表面不同的10 個位置上，選取S=0.01m2的樣品。 稱重，利用計算公式，求出克重，以及平均值和均方差。 厚度：測量時要保證樣品平放，避免沖擊，使用相同的壓力，設置相同的作用時間。

2.3 剛柔性

測試樣品的剛柔性，用經緯方向的柔軟度進行表征。 選擇大小為100 mm×100 mm，取平均數值記錄數據。

2.4 透氣率

按照標準：DIN53.887(200Pa，S=20cm2非織造布)；按照要求使用YG461E 數字式透氣量儀。

2.5 透濕性分析

吸濕性能按照國家標準Gt3/T9995.1997 測試，采用YS02A 型八籃恒溫烘箱測定纖維的回潮率。

式中： ΔW 為失重，單位g； S 為透濕面積，單位mm2； H 為2 次稱量的時間間隔，單位h。

3 結果與討論

3.1 外觀形態分析

本課題研究制備了漢麻基纖維素水凝膠復合功能性傷口敷料，該傷口敷料設計為三層結構如圖5 所示，分為保護層、接觸面層、水凝膠涂層。

圖5 具有雙重功能的水凝膠功能化織物結構組成圖

功能性敷料上層(a)利用水刺加工技術制備的非織造布，沿纖維網運動方向較為均勻排布。 中層(b)靜電紡絲法制備SF 納米纖維膜，基于CaCl2-FA 溶解體系下制備的絲素溶液具有良好可紡性，納米級纖維直徑200nm 左右，成纖性好，排布在非織造布上，形成孔徑不同的結構。 將纖維素基水凝膠涂覆于基底布上的功能性敷料的橫截面如圖(c)三層結構。

3.2 面密度和厚度

樣品中的原料含量決定了宏觀構造，從而影響敷料的市場價格。 樣品的面密度、厚度與復合功能性傷口敷料的許多性能密切相關，如吸液性能，透氣性和透濕性等，本文對樣品按照標準測試如表2。

圖6 功能性敷料的組成部分宏觀圖和電鏡圖(a)非織造布(b)SF 納米纖維膜(c)功能性敷料

表2 功能性傷口敷料的組成與面密度、厚度

3.3 剛柔性

利用樣品彎曲剛度來說明其柔軟性。 在彎曲剛度上，與縱向相比，橫向纖維在自身重力作用下，更容易發生變形如圖7。 分析其原因可能是因為由于高取向度的纖維沿著樣品長度方向，承受更多的彎曲應力，非織造布縱向的彎曲剛度總比橫向大。 水能作用下，破壞纖維結構之間的相互作用，不易纏結。 麻纖維加入量越多，非織造布柔軟性越好。 粘膠纖維加入后，因其良好的卷曲性能，有利于麻纖維和粘膠纖維相互纏結，使水刺非織造布柔軟度逐漸增強即彎曲剛度增大。 SF 納米纖維膜，由于酒精的處理，構象改變，但對非織造布柔軟性影響不大。

圖7 樣品的柔軟度分析

3.4 液體吸收性和擴散性

傷口敷料所吸收的液體量與纖維自身的性能、非織造布的厚度、面密度和組成相關[20]。 纖維的液體吸收性能隨著親水基團的增加而增強。 纖維之間的排布越密集，液體越不利于儲存在非織造布的間隙中。 梳理后的纖網排列比較疏松，有較大的空隙吸收更多的液體，這是因為粘膠纖維大分子存在許多親水性基團，大量微孔排布在纖維表面，使得隨著粘膠纖維含量的增大，非織造布具有良好的液體吸收性。 SF 纖維大分子存在許多親水性基團，增加吸濕性和液體吸收性。 普通敷料應用于傷口上，能立即吸收液體且擴散，粘連皮膚，造成對皮膚的二次傷害，使傷口污染，影響恢復[21]。 SF 納米纖維膜[22-23]能有效阻止液體擴散，易于無痛揭除，可以使傷口處于良好的濕潤環境。 納米纖維膜孔徑增加了比表面積和表面能，可以有效地防止異物和細菌。 在實際應用中具有更好的保濕性能，加快傷口恢復。

如圖8(a)復合功能性傷口敷料基底布樣品液體吸收率可達1000%。 圖(b)把1 滴紅色液體滴到非織造布樣品1 和復合功能性傷口敷料基底布樣品2 上，觀察發現液體以水珠狀態可較長時間呈現在樣品2 表面上，液體迅速擴散且被吸收。 實驗中的試樣1 與試樣2 呈現出不同現象，原因是基底布上的SF 納米纖維膜是由直徑較小、表面光滑且均勻的纖維組成。 關于功能性傷口敷料滲透性的探索， (c) 樣品1、2、3 是三種不同的水刺非織造布宏觀圖，其中樣品3 是本文研究的絲素蛋白纖維納米膜與非織造布復合功能性敷料基底布。 將水凝膠涂覆在樣品上，發現樣品1、2 均滲透，樣品3未滲透，既能保證水凝膠作用于皮膚表面，又能起到隔絕細菌的作用。

圖8 (a)液體吸收性(b)液體擴散性(樣品1 液體浸潤被吸收，樣品2 液珠狀)(c)關于功能性傷口敷料滲透性的探索

3.5 透氣性、透濕性

透氣性體現了非織造布里空隙的含量和舒適程度，新型的傷口敷料不但具有較好的液體吸收性、防止液體擴散性，能阻隔細菌和其他異物進入損害傷口。 由表3 中數據可以看出最小孔徑平均4.646μm，最大孔徑平均15.87μm，平均孔徑大約5.004μm，平 均 孔 隙 率 65.5%， 平 均 透 氣 性11.3 mm.s-1。

采用透濕性大小來表征樣品的透氣性。 如圖9： SF 納米纖維膜的透濕性為438.463±31.56g/m2·h-1，漢麻/粘膠纖維混合非織造布透濕性為196.84±27.14g/m2·h-1，SF 納米纖維膜與非織造布復合功能性傷口敷料基底布的透濕性284.201±27.39g/m2·h-1。 因為非織造布纖維的溶脹性能，纖維吸收水份，體積變大，依賴孔隙擴散傳導水份的效果變弱。 其纖維之間取向度減小，使水汽擴散蒸發，再加上SF 納米纖維膜具有良好的透濕性，所以基底布樣品的透濕性能比水刺非織造布增強。

表3 復合功能性傷口敷料基底布的孔徑、孔隙率及透氣性數據表

圖9 樣品的透濕性

4 結論

現代敷料已經逐步發展為不僅可以覆蓋皮膚表面，而且可以促進傷口組織愈合及再功能化。 本課題研究制備了漢麻基纖維素水凝膠復合功能性傷口敷料，該傷口敷料設計為三層結構，分為保護層、接觸面層、水凝膠涂層。 保護層為漢麻基水刺非織造布，接觸面層是利用靜電紡絲紡制的SF 納米纖維膜。 然后將超吸水性、自愈性的水凝膠涂在SF 納米纖維膜與非織造布復合功能性傷口敷料基底布上形成最終的功能性傷口敷料。 功能性傷口敷料的克重51.62g/m2，厚度1.181mm，透濕性284.201±27.39g/m2·h-1，在彎曲剛度上，與縱向相比，橫向纖維在自身重力作用下，更容易發生變形，具有良好的柔軟性。 復合功能性傷口敷料基底布樣品液體吸收率可達1000%，有效防止液體擴散。 關于功能性傷口敷料滲透性的探索，水凝膠涂覆，發現樣品未滲透，既能保證水凝膠作用于皮膚表面，又能起到隔絕細菌的作用。 最小孔徑平均4.646μm，最大孔徑平均15.87μm，平均孔徑大約5.004μm，平 均 孔 隙 率 65.5%， 平 均 透 氣 性11.3 mm.s-1，透氣性良好。 SF 納米纖維膜與非織造布復合功能性傷口敷料基底布的透濕性284.201±27.39g/m2·h-1透濕性良好。