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(chuàng)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(chuàng)面愈合的首要因素[1],開放創(chuàng)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(fā)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(yī)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(chǎn)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(yōu)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(yī)藥領域.

針刺非織造材料是利用纖維間纏結(jié)及抱合作用形成的三維網(wǎng)狀薄層織物,具有良好的延展性、柔軟性,可賦予創(chuàng)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(jié)構(gòu)上提高創(chuàng)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(jié)構(gòu)性能可通過改變原料配比、調(diào)節(jié)針刺工藝參數(shù)來實現(xiàn)調(diào)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(shù)進行針刺產(chǎn)品制備,探索工藝結(jié)構(gòu)對殼聚糖基創(chuàng)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(guī)格參數(shù)見表1.

表1 纖維原料規(guī)格參數(shù)

試驗儀器:BG121-100型成網(wǎng)機、FZP1000鋪網(wǎng)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(fā)展有限公司);YG(B)141D型數(shù)字式織物厚度儀、YG065C型電子織物強力儀、YG(B)461E型數(shù)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(zhì)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(shù)一致,經(jīng)開松、梳理、交叉鋪網(wǎng)、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(shù)見表2.

表2 試樣編號及針刺參數(shù)

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(zhì)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(shù)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(shù)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(chuàng)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(jié)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(jié)構(gòu)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(shù)下的表觀形貌.從中可以觀察到纖維間相互穿插、纏結(jié),分布雜亂無章,纖維間抱合緊密.總體上2種纖維纏結(jié)效果較好,網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)困難,纖網(wǎng)質(zhì)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(xiàn)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(xiàn)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(wǎng)中相鄰纖維間的相互作用力,增強纖維間的摩擦與纏結(jié)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(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇怪睜顟B(tài),呈現(xiàn)新的排列,減小回彈作用,形成更加緊密的結(jié)構(gòu),提高試樣整體的穩(wěn)定性.對比表3中A1、B1、C1 3組試樣的厚度,可以發(fā)現(xiàn),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(shù)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(chuàng)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(chuàng)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(nèi),針刺密度越大、針刺深度越深,纖維被刺針帶起的次數(shù)越多,被拉伸越長,纖維之間抱合力顯著增加,參與纏結(jié)的纖維根數(shù)也變多,這使得纖維間纏結(jié)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(jié)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(yōu)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(chuàng)面敷料的另一個重要指標.不同試樣透氣性結(jié)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(chuàng)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(jié)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(jié)越發(fā)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(chuàng)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(jié)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(chuàng)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(jié)越發(fā)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(jié)構(gòu)松散,孔隙率較高,故吸液率上升.

3 結(jié)論

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