纺织材料在医用纺织品设计中的应用和发展

1. 江西服装学院， 江西 南昌 330201;2. 江西现代服装工程技术研究中心， 江西 南昌 330201

改革开放40年的发展使我国的经济和现代化建设取得了辉煌的成就，人们的生活质量明显提高，健康和长寿日益成为大众关注的内容；与此同时，社会老龄化现象日益凸显，医疗体系不断完善。这些都为医用纺织品的发展提供了难得的机遇[1]。近年来，医用纺织品在国内外的需求量一直保持着高速的增长，人造血管、植入式人造器官及纺织心电监控电极等产品得到了广泛的应用[2]。我国作为世界第一大人口国和世界第二大经济体，医用纺织品市场巨大。但我国的医用纺织品行业发展起步较晚，目前主要集中在低附加值产品的研发领域，科技含量较高的医用纺织品主要依靠进口。这就需要广大的纺织科技人员不断进行创新研究，积极进行交叉学科的协同合作，逐渐掌握高新产品研发的核心技术，打破国外的技术垄断[3]。随着我国纺织工业整体水平的不断提高，以及新材料和新工艺的不断应用，研发高附加值的医用纺织品是必然的发展趋势。本文通过列举国内外新型医用纺织品的开发和应用状况，分析其产品优势，总结医用纺织材料的性能要求及发展趋势，以期为我国的医用纺织品的研发提供理论参考。

1 医用纺织品的定义及分类

医用纺织品是以纤维为基础、纺织技术为依托、医疗应用为目的的一类纺织品，其按照使用功能可分为安全卫生用纺织品、治疗用纺织品、修复及替换功能性纺织品和健康监控纺织品等四大类[4]。

1.1 安全卫生用纺织品

安全卫生用纺织品是用于保持医院环境清洁和预防病菌的一类产品。这类产品主要包括病人及医护人员用隔离服、手术室用纺织品和病房用纺织品等，其多为非织造一次性医疗用品，可有效防止医源性感染，且织造成本较低[5]。

南海必得福无纺布有限公司研发的手术衣面料AAMI 4具有三层结构——两层纺黏布中间复合一层无微孔亲水透气薄膜(图1)[6]。该薄膜无微孔，可阻隔并防止病毒的传播，且自身具有良好的亲水性，可通过水分子的转移及时将人体产生的热量导出，有效提高穿着者的舒适度。

图1 手术衣面料AAMI 4结构示意

美国加州大学戴维斯分校孙刚教授领衔的研究团队和东华大学丁彬教授合作，采用“苯甲酮-多酚酸”协同光敏结构，开发出一种高效的可全天候杀灭细菌和病毒的纳米材料——光抗菌纳米纤维膜，其杀菌机理如图2所示。基于该纳米材料的非织造布多层复合抗菌产品可提升现有防护口罩的性能[7]。

图2 光抗菌纳米纤维膜杀菌机理示意

1.2 治疗用纺织品

治疗用纺织品是指在病人治疗过程中用于止血、包扎或减缓某种症状的一类纺织品，主要有止血纱布、绷带、创可贴和微胶囊止痒纱布等。其中止血纱布的应用最为广泛，其传统的机理就是吸收血液中的水分，促进血液凝固，从而达到止血的目的。目前，止血纱布多采用复合材料，既可及时吸收伤口排出的血液和体液，还可有效避免伤口与止血纱布发生黏连，减轻止血纱布在替换过程中对新生组织的伤害，促进伤口愈合。

中国科学院化学研究所的赵宁和徐坚研究团队，在医用纱布的纤维表面构筑长链烷烃微纳米结构，使纤维表面的性质从亲血变成疏血(图3)，并进一步巧妙地将疏血纱布与常规亲血纱布复合，制备出新型的止血纱布[8]。该止血纱布与传统止血纱布相比，可大幅降低病人的失血量。

图3 新型止血纱布疏血效果

俄罗斯莫斯科国立钢铁学院安东·马那可夫博士领衔的团队开发了一款聚己内酯多层“活性绷带”。聚己内酯纤维具有较好的生物降解性与生物相容性，在一定条件下会自动“溶解”(图4)，其能在一定程度上减轻更换或移除绷带所带来的二次伤害[9]。除此之外，该团队还在纤维上添加了一层人类血浆成分，利用其中的生长因子、纤维蛋白及其他促进细胞生长的重要蛋白质，促进受损组织的修复。临床测试发现：采用聚己内酯多层“活性绷带”包扎伤口，伤口处受损组织的再生速度是使用一般绷带的两倍。目前，该新型绷带仍然在试验阶段，距离真正的商品化还有很长的路要走。

图4 聚己内酯多层“活性绷带”的自动“溶解”

美国HemCon®止血绷带以高浓度的壳聚糖为基材，具有较好的止血功能，现已在美军中大量应用，但该产品具有一定的酸性，易引起一定的炎症反应[10]。

1.3 修复及替换功能性纺织品

修复及替换功能性纺织品是伤病患者伤口缝合或病变器官及部位更换而用到的一类纺织品，主要包括手术缝线、人造韧带、人工心脏瓣膜、人造血管和人工肾等产品[11]。

兰州大学拜永孝教授领衔的课题组成功制备了高品质非氧化态石墨烯，并与生物相容性高分子复合，制成了手术缝线用纳米纤维。通过观察缝合伤口的愈合情况发现，利用该纳米纤维制备的石墨烯复合缝线可显著促进伤口的愈合(图5)[12]。

图5 石墨烯复合缝线的制备及其缝合伤口的愈合情况

武汉杨森生物技术有限公司以聚氨酯复合材料为基材，成功研发出三层仿生结构人造血管。该人造血管的内膜采用静电纺丝工艺制造，孔隙率可达65%～70%，这有助于血管内皮细胞的黏附与生长；外膜采用点涂工艺接枝抗凝血涂层，以抑制非特异性蛋白的吸附。三层仿生结构人造血管目前得到了国家重点研发项目的支持，其生物相容性明显优于PTFE血管[13]。

美国Edwards Lifesciences公司研发的纺织瓣膜SAPIEN 3 THV可有效降低瓣膜的钙化速度，提高产品的耐久性，且瓣膜瓣周漏的发生率较低，安全系数高[14]。

法国VAESKEN等[15]也对纺织瓣膜的一体化设计、成型及耐用性展开了较深入的研究。

1.4 健康监控纺织品

健康监控纺织品是将心电监测技术与纺织材料相结合，用于感知人体健康指数的一类纺织品。目前国内外部分产品如表1所示[16]。该类产品的核心部件是纺织柔性压力传感器，它能将人体产生的离子导电信号转化为可用外部电子导电器件进行监测的信号。

表1 国内外部分健康监控纺织品简介

ANKHIL等[17]将聚酰胺、聚酯和棉针织物浸泡在聚3，4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)/聚苯乙烯磺酸盐(PSS)溶液中进行化学改性后制备纺织电极，然后将纺织电极嵌入内衣织物用于心电信号监测。结果显示：该纺织电极具有较好的有效性，且在织物经过50次洗涤后,其测试心电信号的能力没有发生明显变化。

日本东丽公司(TORAY)和通信运营商(NTT)共同研发了一种新纤维材料——hitoe[18]。该纤维可以较好地读取人体表面微弱的电信号，将其与服装设计相结合可实现24 h监测人体心率变化的功能。目前该产品主要应用于体育服装、高温环境中的工作服装，以及病人心率监测服装等。

麻省理工学院的研究人员将潮湿敏感的微生物细胞整合到服装材料中。这些微生物细胞根据感知到的穿着者体表温湿度的变化而扩张或收缩，调节人体温湿度，提高穿着者的舒适性[19]。

2 医用纺织材料的性能要求及发展趋势

2.1 性能要求

医用纺织品因其功能不同而对所用材料的性能要求也不同。

安全卫生用纺织品所用纺织材料侧重于隔离病菌和杀灭病菌，同时兼顾耐用性和舒适性。治疗用纺织品因与伤口直接接触，需具备止血和吸收伤口分泌液的功能，以及较好的生物相容性。修复及替换功能性纺织品根据具体的应用不同而侧重点不同。其中，植入人体的修复及替换功能性纺织品，其纺织材料需具有较好的生物相容性，以适应人体自身的组织，最大程度地减轻排斥反应所带来的不良影响；稳定的结构性，以确保修复及替换功能性纺织品植入人体后长期发挥作用；抗菌和抗感染性，这是修复及替换功能性纺织品植入人体的前提条件。健康监控纺织品侧重信号监测的灵敏性和有效性，同时兼顾舒适性，这便要求其纺织材料本身应具有一定的柔性和较好的导电性，且在后期的产品使用过程中具备较好的导电性、稳定性和耐用性。

2.2 发展趋势

随着纺织科技的发展，医用纺织材料已不再局限于传统的棉、蚕丝、竹纤维等，纺织复合材料和纺织新型材料已成为医用纺织品的研究热点。纳米石墨烯纤维材料、膜材料、智能纤维材料、生物降解纺织材料等在医用纺织品的设计中得到了较为广泛的应用，但部分新型医用纺织材料仍处于试验阶段，其功能性、稳定性和耐用性等还需要进行大量的研究工作加以论证。与此同时，医用纺织品的设计涉及医学、纺织、化学和物理机械加工等方面，故医用纺织材料的研发必然需要相关学科的交叉协助。目前，欧美日等发达国家和地区在医用纺织材料的研究及应用方面处于领先地位，可通过加强与他们进行学术交流，学习他们的研究成果，推动我国医用纺织材料产业的发展。

3 结语

随着医用纺织品需求量的迅速增长，我国医用纺织品行业取得了长足的发展，但高科技含量和高附加值的医用纺织品的核心技术仍然掌握在欧美日等发达国家和地区手中，这就需要相关纺织材料研发团队通过努力与创新，加快推动高端医用纺织材料的国产化进程，打破国外高端医用纺织品加工技术与装备行业对我国的技术封锁，积极推进多学科交叉协助研发，开发出更多性能优异的纺织材料用于医用纺织品的设计。