殼聚糖基創面敷料的開發及性能研究

成 悅,李 珂,曹英杰,馬 強,付譯鋆,,*,張 偉,張 瑜

(1.南通大學 紡織服裝學院,江蘇 南通226019;2.江蘇華西村股份有限公司,江蘇 江陰214420)

創面愈合是一個復雜而有序的生理學過程,在眾多影響因素中,感染是阻礙創面愈合的首要因素[1],開放創面由于皮膚完整性遭到破壞,失去防御細菌的屏障能力,容易造成局部感染,甚至引發全身感染,威脅患者生命.因此,研制具有抗菌、促愈作用的多功能醫用敷料具有重要的臨床價值和社會意義.

殼聚糖是一種對人體無毒害、無刺激,具有天然生物相容性的可降解材料,它是甲殼素脫乙酰后的產物[2-3].甲殼素,又稱殼多糖,是一種天然高分子多糖,廣泛存在于自然界昆蟲類、甲殼類的外殼及菌藻類的細胞壁中,是地球上第二大再生纖維素資源[4].近年來,殼聚糖作為一種功能性高分子材料,因其優異的廣譜抗菌性以及止血、促愈等多種生理活性作用[5-6]而被廣泛關注,并應用于生物醫藥領域.

針刺非織造材料是利用纖維間纏結及抱合作用形成的三維網狀薄層織物,具有良好的延展性、柔軟性,可賦予創面敷料良好的適體性與運動靈活性[7];其較高的比表面積、孔隙率及良好的孔道連通性,可從結構上提高創面敷料的液體吸收性能[8].另外,針刺非織造布工藝流程簡單,操作簡便可控,成品結構性能可通過改變原料配比、調節針刺工藝參數來實現調控[8].

以殼聚糖、黏膠纖維為原料,設計了不同配比和不同針刺工藝參數進行針刺產品制備,探索工藝結構對殼聚糖基創面敷料微觀形貌、克重、厚度、機械力學性能、透氣性及液體吸收性能的影響.

1 試驗部分

1.1 主要材料與儀器

試驗所用殼聚糖纖維(青島云宙生物科技有限公司)和黏膠纖維(山東中纖紡織科技有限公司)的具體規格參數見表1.

表1 纖維原料規格參數

試驗儀器:BG121-100型成網機、FZP1000鋪網機、FZZ-I1000預針刺機、YBG343-110主針刺機(南通大學非織造材料與工程實驗中心);KYKY-2800型掃描電子顯微鏡(北京中科科儀技術發展有限公司);YG(B)141D型數字式織物厚度儀、YG065C型電子織物強力儀、YG(B)461E型數字式織物透氣儀(溫州市大榮紡織儀器有限公司).

1.2 試樣制備

將殼聚糖纖維和黏膠纖維分別按照20∶80和50∶50的質量配比充分混合均勻,每種配比下設置3組不同針刺密度(130、140、150刺/m2)和3組不同針刺深度(4、5、6 mm),保持其他工藝參數一致,經開松、梳理、交叉鋪網、預針刺、主針刺等工藝流程后,制備出18種試樣.同時,另設一組純殼聚糖(針刺密度為130刺/m,針刺深度為4 mm)試樣作為對照.各試樣編號及制備參數見表2.

表2 試樣編號及針刺參數

1.3 測試方法

采用掃描電子顯微鏡及光學顯微鏡對殼聚糖纖維、黏膠纖維及針刺非織造布試樣表面形貌進行觀察.

參照GB/T 24218.1-2009《紡織品 非織造布實驗方法 第1部分:單位面積質量的測定》,采用TT500型電子天平進行克重測試.

參照GB/T 3819-1997《紡織品和紡織制品厚度的測試》,采用YG(B)141D型數字式織物厚度儀進行厚度測試.

參照GB/T 24218.3-2010《紡織品 非織造布試驗方法第3部分:斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》,采用YG065C型電子織物強力儀進行拉伸性能測試.

參照GB/T 5453-1997《織物透氣性測定》,采用YG(B)461E型數字式織物透氣儀進行透氣性能測試.

參照YY/T 0471.1-2004《接觸性創面敷料實驗方法 第1部分 液體吸收性》,借助燒杯、天平、鑷子等工具進行液體吸收性能測試.

2 結果與討論

2.1 表面微觀形貌

圖1為殼聚糖和黏膠纖維的縱向表面微觀形貌.從中可以看出殼聚糖纖維表面存在少量縱向條紋,而黏膠纖維表面有明顯的縱向溝槽.殼聚糖纖維與黏膠纖維的這一結構特點使其具有一定的毛細效應,可有效增強吸濕保濕能力[9-10].

圖1 殼聚糖和黏膠纖維的表面微觀形貌

圖2 為不同配比的3種針刺非織造布試樣(A1、B1、C1)在光學顯微鏡40 X放大倍數下的表觀形貌.從中可以觀察到纖維間相互穿插、纏結,分布雜亂無章,纖維間抱合緊密.總體上2種纖維纏結效果較好,網孔清晰.

圖2 不同配比針刺非織造布在光鏡下的表觀形貌(40 X)

2.2 克重與厚度

不同試樣的克重與厚度見表3.從表3可以看出,A、B 2組混紡試樣的克重差異不大,均在98~107 g/m2之間,表明針刺密度和針刺深度對混紡試樣克重的影響并不顯著.而純殼聚糖非織造布C1試樣的克重為77.67±5.51 g/m2,顯著低于A、B 2組混紡組試樣,這可能是由于本試驗采用殼聚糖纖維模量(48.59±15.76 c N/dtex)大于黏膠纖維(31.58±10.55 c N/dtex),采用純殼聚糖纖維進行鋪網時,因纖維剛度大、較脆而極易遭到破壞,造成一定程度的成網困難,纖網質量稍差,故純殼聚糖非織造布試樣的克重與混紡非織造布相比出現一定程度下降.

表3 不同試樣的克重與厚度

A8 105.33±4.51 0.74±0.06 A9 100.33±7.64 0.69±0.03 B1 101.00±7.55 0.85±0.03 B2 101.33±2.52 0.79±0.07 B3 99.33±4.04 0.77±0.05 B4 101.33±3.51 0.83±0.06 B5 98.33±9.02 0.78±0.04 B6 102.00±4.36 0.69±0.04 B7 98.67±5.69 0.79±0.06 B8 101.00±4.00 0.73±0.06 B9 101.67±6.51 0.67±0.06 C1 77.67±5.51 0.63±0.02

分析針刺密度和針刺深度對試樣厚度的影響,由表3可以看出,18種試樣的厚度范圍在0.67~0.92 mm之間,且試樣厚度隨針刺深度和針刺密度的增加呈現出一定的下降趨勢.這是由于針刺深度和針刺密度的增加均有利于提高纖維網中相鄰纖維間的相互作用力,增強纖維間的摩擦與纏結作用,進而提高纖維間的抱合力;另外,表層纖維在針刺的作用下由水平狀態轉變為垂直狀態,呈現新的排列,減小回彈作用,形成更加緊密的結構,提高試樣整體的穩定性.對比表3中A1、B1、C1 3組試樣的厚度,可以發現,殼聚糖纖維與黏膠纖維配比為20∶80、50∶50、100∶0 3組試樣的厚度分別為0.92±0.06 mm、0.85±0.03 mm、0.63±0.02 mm,即其他工藝參數相同的條件下(針刺密度130刺/m2,針刺深度4 mm),試樣厚度隨殼聚糖纖維比例的增加而呈一定的下降趨勢.

2.3 拉伸斷裂強力

創面敷料在使用或更換中會受到不同程度的外力作用,故應具備一定的機械力學性能.圖3為不同試樣的縱/橫向拉伸斷裂強力,從圖3中可以看出,殼聚糖基創面敷料的斷裂強力均隨針刺密度的增大而增大,且當針刺密度相同時,針刺深度越深,非織造布的斷裂強力也越大.這是因為在一定范圍內,針刺密度越大、針刺深度越深,纖維被刺針帶起的次數越多,被拉伸越長,纖維之間抱合力顯著增加,參與纏結的纖維根數也變多,這使得纖維間纏結越緊密,織物的強力就變大.但是,當針刺密度和針刺深度大到一定程度時,由于殼聚糖纖維較為脆弱,太激烈的穿刺會破壞纖維,使得織物強力反而下降[11].

分析原料配比對試樣斷裂強力的影響,對純殼聚糖非織造布分別進行縱橫向拉伸試驗,因其橫向強力小于預加張力200 c N,故無法完成橫向拉伸測試.縱向拉伸斷裂強力測試結果如圖4所示,當針刺密度和針刺深度一定時(針刺密度130刺/m2,針刺深度4 mm),試樣斷裂強力隨殼聚糖纖維占比的增加而減小.這是因為殼聚糖纖維卷曲小,初始模量大,剛度大,強度低,而黏膠纖維相對卷曲大,初始模量小,剛度小,強度優于殼聚糖纖維[12].所以,黏膠纖維含量越高的試樣斷裂強力越大.

圖3 不同試樣的縱/橫向斷裂強力

圖4 原料配比對試樣斷裂強力的影響

2.4 透氣性

透氣性是評價創面敷料的另一個重要指標.不同試樣透氣性結果如圖5所示.從圖5中可以看出,在原料配比一定時,相同針刺深度下,創面敷料的透氣率隨針刺密度的增加而降低;當針刺密度一定時,針刺深度越大,試樣透氣率越小.這主要是因為當針刺密度和針刺深度較小時,纖維層較為蓬松,纖維間的抱合與纏結不是太緊密,纖維間孔隙較多,試樣透氣率較高.而當針刺密度和針刺深度逐漸增大時,纖維間抱合纏結越發緊密,纖維間孔隙變小變少,故透氣性下降.

圖5 不同試樣的透氣率

分析原料配比對試樣透氣性能的影響,當針刺密度和針刺深度一致時(針刺密度130刺/m2,針刺深度4 mm),如圖6所示,非織造布透氣率隨殼聚糖纖維占比的增加而增加.這是因為殼聚糖纖維卷曲度低,纖維表面光滑,在針刺時易滑散,使得織物較為松散,纖維間孔隙較多,故試樣透氣率上升.

圖6 原料配比對試樣透氣性能的影響

2.5 液體吸收性

液體吸收性直接影響創面敷料在臨床應用中的使用效果.不同試樣的吸液率測試結果如圖7所示.從圖7中可以看出,所有試樣的吸液率均在700%以上,當原料配比、針刺深度相同時,殼聚糖基創面敷料的吸液率隨針刺密度的增加而降低;當針刺密度一定時,針刺深度越大,試樣吸液率越小.這主要是因為當針刺密度和針刺深度較小時,纖維層較為蓬松,纖維間的抱合作用相對較弱,纖維間孔隙較多,當針刺密度和針刺深度逐漸增大時,纖維間纏結越發緊密,纖維間孔隙逐漸變小變少,故液體吸收性下降.

圖7 不同試樣的吸液率

分析原料配比對試樣液體吸收性的影響,當針刺密度和針刺深度一定時(針刺密度130刺/m2,針刺深度4 mm),試樣吸液率隨殼聚糖纖維占比的增加而增加(見圖8).這是因為殼聚糖纖維卷曲度低,針刺時易滑散,織物結構松散,孔隙率較高,故吸液率上升.

3 結論

(1)開發的不同試樣在顯微鏡下均可觀察到纖維間相互穿插、纏結,分布雜亂無章,纖維間抱合緊密,纏結效果較好,網孔清晰.

圖8 原料配比對試樣液體吸收性的影響

(2)針刺密度和針刺深度對殼聚糖/黏膠混紡非織造布試樣克重的影響并不顯著,而純殼聚糖非織造布試樣的克重顯著低于混紡試樣;試樣厚度隨針刺深度、針刺密度及殼聚糖纖維比例的增加而呈一定的下降趨勢.

(3)殼聚糖基創面敷料的斷裂強力均隨針刺密度、針刺深度的增大而增大,隨殼聚糖纖維占比的增加而減小.

(4)殼聚糖基創面敷料的透氣率、吸液率隨針刺密度、針刺深度的增加而降低,隨殼聚糖纖維占比的增加而增加.