陳麗嫚 汪 濤

(西南大學紡織服裝學院，重慶 400716)

殼聚糖生物敷料的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展前景

陳麗嫚*汪 濤

(西南大學紡織服裝學院，重慶 400716)

文章通過簡要介紹殼聚糖的優(yōu)良特性，綜述了殼聚糖在創(chuàng)傷敷料方面的研究進展，指出了不同類型殼聚糖敷料的制備方法及其優(yōu)缺點。簡要分析了當前的市場環(huán)境，表明殼聚糖敷料具有廣闊的應用前景。

殼聚糖；敷料；類型；前景

殼聚糖是一種天然的多糖，具有良好的抗菌、止血及易成型等特性，使其成為生物醫(yī)用材料中最常用的天然高分子材料，目前被廣泛用于人體組織工程，如人造皮膚、神經、軟骨和骨頭及傷口愈合修復，而創(chuàng)傷敷料是殼聚糖最有應用前景的方向之一[1]。殼聚糖常被制成纖維網、薄膜、水凝膠、支架和海綿等形態(tài)的敷料[2]，可廣泛應用于治療由手術、意外傷害、戰(zhàn)爭等造成的創(chuàng)傷，具有重要的應用價值。

1 殼聚糖的優(yōu)良特性

殼聚糖具有許多優(yōu)良特性，因此使其成為制備創(chuàng)傷敷料的首選材料。①止血性。殼聚糖是一種陽離子堿性多糖，能吸附陰離子的紅細胞而使其發(fā)生聚集，也會促進血小板黏附與聚集，從而實現(xiàn)止血作用；②抗菌性。殼聚糖對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都有一定的抑制和殺滅作用，可以防止傷口感染和惡化；③保濕性。由于自身的高親水性，殼聚糖具有極強的保濕能力，能在患處產生舒適的濕潤感和柔和的觸感；④促愈性。殼聚糖具有良好的生物相容性，為皮膚細胞的生長提供了有利的環(huán)境，可以趨化和活化巨噬細胞，促使中性粒細胞啟動愈合過程，并能誘捕生長因子加速愈合；⑤成型性。殼聚糖易成型，能與許多高分子化合物共混制成多種形態(tài)，常見的如纖維、膜、水凝膠、海綿、支架以及微球等，形成多種用途。

2 殼聚糖生物敷料的類型

2.1 膜敷料

膜敷料一般用于組織生長階段，促進細胞的分化增殖。膜敷料一般通過溶液澆鑄法干燥成膜，但為了改善其機械性能，常與其他物質共混成膜。Ma[3]在殼聚糖溶液中加入甲殼素納米顆粒，在60℃下蒸發(fā)干燥3h，制成較粗糙的膜。膜的強度和斷裂伸長都有明顯提高，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌也有明顯的抑制作用，但親水性有所降低。D.Archana[4]將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和殼聚糖(CS)共混，添加納米銀粒子，澆鑄后室溫干燥成膜。膜的強度較隨著納米銀含量的增加，強度逐漸升高到最大值35.98 MPa。同時，膜的吸水性在600%以上，但隨著銀粒子含量的增加呈下降趨勢，超過7h后由于PVP溶于水而明顯下降。膜的抗菌性由于納米銀的加入顯著增強，但細胞毒性也增加了。

澆鑄干燥成膜往往耗時長，而長時間的干燥會使孔結構塌陷，殼聚糖膜變得硬實、致密，影響了敷料的觸感和吸濕透氣性。同時，澆鑄法又是伴隨著大量有機試劑的使用，大多數(shù)有機試劑有毒，且回收利用率較低，造成環(huán)境污染。因而，出現(xiàn)了一些新的研究方法對此進行改善。一種方法是將膜制成雙層結構，接觸皮膚的一層是柔軟多孔的海綿層，觸感舒適，吸收滲液能力強；外面的一層則是緊密的皮層，起到物理防護和阻擋細菌的作用。Han[5]將藻酸鹽、甘油、鹽酸環(huán)丙沙星、氯化鈣混合后在40℃下干燥24h，再加入殼聚糖溶液，繼續(xù)在40℃下干燥，制得雙層結構膜。唐川[6]通過冷凍干燥法制備多孔層，通過澆鑄法制備致密層，再將兩層膜機械組合在一起形成雙層結構膜，并將磺胺嘧啶銀負載在雙層膜上以增強抗菌性。另一種方法是超臨界流體，此法仍以混合為主，以臨界流體為輔助方法，制備多孔膜。Morgado[7]將PVA和殼聚糖混合放到高壓容器中，以CO2和乙醇混合氣為流體，改變降壓速度制備不同結構的膜。10min的孔結構分布均勻，緊密層較大，斷裂伸長率為200%以上，拉伸強度也達到應用標準。具有良好的生物相容性，無毒、無刺激性，無過敏性，無紅腫、紅疹癥狀。

膜的制備中使用交聯(lián)劑，污染環(huán)境，大多有機試劑低毒性，不符合“綠色”生物敷料的要求。干燥法耗能較多，耗時較長，不經濟。而超臨界流體法，可以縮短制備時間，利用廢棄的CO2，降低溫室效應。

2.2 凝膠敷料

凝膠性質穩(wěn)定，與細胞基質類似，不僅可以為傷口創(chuàng)造濕潤的愈合環(huán)境，而且可以吸附傷口滲透液。同時，凝膠的多孔三維結構有利于攜帶氧氣運輸養(yǎng)料和代謝產物，促進組織生長。因此，凝膠敷料被廣泛應用到創(chuàng)傷修復方面，比如三度燒傷、真皮組織修復等。Sung[8]將殼聚糖和聚乙烯醇，以冷凍干燥-解凍循環(huán)進行交聯(lián)制備凝膠。隨著殼聚糖含量的增加，凝膠孔尺寸增大，拉伸強力和楊氏模量都降低，拉伸斷裂率基本不變，而吸水性和透氣性提高，為創(chuàng)傷創(chuàng)造良好的愈合環(huán)境。Li[9]以甲基丙烯酸乙二醇丙烯酸酯與殼聚糖為原料加入助光劑后，形成三維多孔連續(xù)結構的凝膠。凝膠中含有32.43%的自由水，具有良好的保濕性，但隨著pH升高，凝膠的膨脹比降低。凝膠無毒，可以促進細胞生長。He[10]將甲基丙酸縮水甘油酯、殼聚糖、不飽和精氨酸和助光劑混合，制備出的凝膠也具有三維多孔連續(xù)結構，隨著pH升高，凝膠的膨脹比也降低。同時，隨著不飽和精氨酸含量的增加，孔結構變小，網狀結構變的緊密，凝膠的硬度也會增加。Murakami[11]將藻酸鹽、巖藻多糖和殼聚糖混合，經交聯(lián)劑作用后生成凝膠。將凝膠放入培養(yǎng)基中進行測試，吸水后凝膠不會浸軟，18h后吸水值保持不變。復合凝膠無毒，可以促進真皮創(chuàng)傷愈合，7d發(fā)現(xiàn)肉芽組織。

此外，改善凝膠的凝膠的微觀結構、表面形態(tài)及其機械性質也是凝膠敷料的一個研究熱點。改善的主要方法是交聯(lián)，交聯(lián)可以使凝膠的網狀結構變得更緊密，使其機械性質提升。交聯(lián)法主要包括光交聯(lián)和化學交聯(lián)。光交聯(lián)需要額外的設備及紫外光的安全問題，使得光交聯(lián)在臨床應用方面受到限制。而化學交聯(lián)法是利用官能團之間的可控反應進行合成制備凝膠，具有良好的發(fā)展前景。Ahameda[12]將再生纖維素和殼聚糖混合，以正大霉素為交聯(lián)劑，制備凝膠。結果表明殼聚糖含量在20%、再生纖維素含量在1%時，凝膠的機械性能最好，加入納米Ag后，機械性能進一步提高，抗菌性、傷口愈合性也有一定程度的提高。殼聚糖衍生物的優(yōu)良抗菌性及易溶解性，使其得到廣泛的應用。Zhang[13]利用水溶性羧甲基殼聚糖和苯胺五聚體以戊二醛為交聯(lián)劑進行反應，制備多孔導電型水凝膠。結果表明，隨著苯胺五聚體含量的增加，凝膠的儲存模量逐漸降低，膨脹比下降，但隨著交聯(lián)劑含量的增加，凝膠的機械性質增強。凝膠可以促進細胞的分化增殖，具有良好的抗菌性、低毒性。常用的交聯(lián)劑有戊二醛、乙二醛、甲醛等，但是這些有機化學試劑基本上都有毒性，存在損害生物材料生物相容性的可能，不符合“綠色”敷料的要求。目前，研究者致力尋求低毒性的交聯(lián)劑，比如京尼平(GP)，它不僅具有低毒性，而且具有抗炎的作用，是一種良好的交聯(lián)劑。Gao[14]利用京尼平對殼聚糖進行交聯(lián)，形成蜂窩狀的多孔結構凝膠。凝膠的彈性模量在1 000～3 000Pa，粘性模量在3～20Pa，適合作為敷料。為了避免有機試劑的使用，研究者利用殼聚糖的正電性制備敷料。Tsao[15]利用殼聚糖正電性及谷氨酸的負電性制備成三維網狀結構的凝膠。隨著絡合物生成的程度的加大，孔尺寸減小，壓縮模量增大，透氣率降低，也降解速率降低。當絡合程度相同時，隨谷氨酸含量的增加，透氣率升高，降解速率加快。凝膠可以促進傷口愈合，其粘附性比純殼聚糖凝膠好，無二次傷害。綜上，凝膠保濕性較好，可以促進傷口愈合，有較多的優(yōu)點，其缺點卻很少提到。

2.3 溫敏敷料

溫敏敷料即敷料對溫度的變化有靈敏的響應。近年來，為了修復某些特定部位或是特定形狀的創(chuàng)傷，需要制備與之相符的敷料，溫敏敷料成為研究熱點。

溫敏敷料中反相溫敏凝膠最為突出，即當溫度升高時溶液變?yōu)槟z，主要包括異丙基丙烯酰胺共聚物(PNIPA)、嵌段聚合物和多糖/鹽體系。但前兩種體系都存在一定的問題，如嵌段聚合物體系制備工藝復雜、成本較高、純度較低等；異丙基丙烯酰胺共聚物體系常使用交聯(lián)劑，生物相容性較差，不符合理想敷料的應用條件。從研究現(xiàn)狀看，最具應用前景的是多糖/鹽體系，該類溫敏材料制備工藝簡單，成本低，材料的生物相容性和生物毒性已被驗證。多糖/鹽體系以甘油磷酸鹽為主要代表。Ruel-Gariépy[16]研究了 CS/GP 溫敏水凝膠的物理性質，實驗表明，凝膠率取決于溫度和 CS 的脫乙酰度，脫乙酰度 84 %的水凝膠在 4 ℃可以儲存 3 個月，而不發(fā)生明顯的粘度變化Zhou[17]研究了β甘油磷酸酯(β-GP)和βα甘油磷酸酯(βα-GP)敷料。當溫度從室溫升高溫度時，溶液有透明變?yōu)闇啙帷ｋS著β-GP含量的增加，相變溫度由50℃降到37℃。甘油磷酸酯凝膠無毒，具有良好的抗菌性，載藥后可以起到緩釋作用。Miguel[18]以殼聚糖和瓊脂糖為原料在50℃下攪拌，形成透明溶液，當溫度下降到37℃，變成不透明的連通孔隙結構凝膠，凝膠孔尺寸分布較廣，為90～400μm。相關文獻表明，接觸角在90°～150°表現(xiàn)為疏水性，在10°～90°表現(xiàn)為親水性。瓊脂糖含量為0.75%和1.5%時觸角分別為40.9°和43.7°，復合材料的膨脹比最大值為1200%，說明瓊脂糖復合材料具有良好的親水性。凝膠對金黃色葡萄球菌有抑制作用，可以促進細胞的分化、伸長增殖?？梢?，溫敏相變敷料使敷料的應用范圍變得更廣泛，為特殊部位的傷口提供了便利。但是目前溫敏材料的種類較少，有待進一步研究。

2.4 海綿敷料

海綿是一種柔軟彈性較好的敷料，并且具有聯(lián)通的微孔結構，有較強的吸收能力，親水性較好，可以用于止血和創(chuàng)傷治療。Kang[19]將殼聚糖與Na3P3O10或NaOH溶液混合通過冷凍低壓干燥制備海綿。純Na3P3O10處理過的海綿硬度最好，但純NaOH處理的海綿，孔隙率為85%，與商業(yè)敷料很相似。而且此敷料1s內吸收水分0.4ml，止血測試也表明，NaOH處理的海綿吸收血液速度較快，可加快血液凝固，提高血紅細胞的粘附，維持細胞原狀。整體上所有的敷料都有較好的恢復性，即當血液擠出后，海綿會很快恢復原狀。但是海綿機械性質較差，一般可以通過混合法或是交聯(lián)法進行改善。Chen[20]以殼聚糖、聚乙烯醇為原料，將其與NaHCO3混合，以戊二醛為交聯(lián)劑，冷凍干燥制備海綿。PVA含量為16.7% ，交聯(lián)劑的用量為3%時，海綿的孔尺寸為200μm。隨交聯(lián)程度的提高，孔結構不均勻，而硬度是先增大后減小。PVA對孔結構的影響不大，但PVA的含量增加，海綿的彈性增加，硬度下降。海綿的吸水性隨著交聯(lián)程度的加深而降低，從60%降到30%。海綿透氣性在41.4 g/m2h～58.9 g/m2h內，而敷料的理想透氣性為30～70g/m2h。不同比例海綿都有較好的抗菌性，且此種海綿的止血性比醫(yī)用紗布、聚氨酯海綿的性能好，不僅可以使紅細胞變形，還可以凝聚紅細胞，起到良好的止血效果。連同的孔結構和高的孔隙率對海綿敷料而言十分重要，孔結構可以促進氣體交換、液體吸收，是海綿敷料不可或缺的條件。Sionkowska[21]將絲素和殼聚糖混合，在N-羥基琥珀亞酰胺與二氯乙烷的混合液中進行交聯(lián)，制備出均勻的多孔海綿，孔尺寸在20～150μm，孔隙率為70%。隨著絲素含量的增加，海綿的抗壓模量降低，抗壓強度也有類似的結論。但海綿的吸水性隨著絲素含量的增加而增加，基本都在1200%。Han[22]用戊二醛將明膠、殼聚糖進行交聯(lián)，制備均勻的多孔海綿。海綿形態(tài)易受混合物總量的影響，不同比列的海綿孔尺寸略有差異，基本在128.3～135.6μm之間，孔隙率在93%以上。海綿的吸水性隨著明膠/殼聚糖比例的升高而先升后下降，普遍在1500%以上。海綿對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌有較好的抑制作用，無毒性，可以促進細胞的分化增長，生物相容性較好。負載鹽酸環(huán)丙沙星后，可以減少炎癥反應。張秀菊[23]采用乳化交聯(lián)法制備載藥殼聚糖微球，隨著殼聚糖含量的增加，海綿的拉伸強度和壓縮強度也相應增加，但孔徑明顯減少，吸水率膨脹率降低。海綿無毒，具有消炎止血、促進愈合、抗粘連作用。

交聯(lián)法和冷凍干燥法制備的海綿具有良好的孔隙結構，具有理想敷料的優(yōu)點，可用于創(chuàng)傷的止血階段及重傷時的組織再生階段，也可以修復糖尿病病人的傷口。Anisha[24]發(fā)現(xiàn)負載銀顆粒的海綿對糖尿病病人的傷口修復有顯著療效。但是此種方法使用的有機試劑污染環(huán)境，回收再利用困難。同時，需要長時間低溫冷凍，耗時較長，耗能較多。

2.5 靜電紡絲纖維敷料

靜電紡絲敷料是一種新穎的敷料。該種敷料制備方法特殊，使其具備一些優(yōu)良的特性[25]。靜電紡絲敷料具備良好的止血性和吸液性，靜電紡絲纖維敷料包含大量的微孔結構和較高的表面積，能夠加速止血過程，吸水率也較高。同時，靜電紡絲敷料具有良好的透氣性，利于細胞呼吸，具有良好的細胞相容性。

靜電紡絲敷料的制備方法普遍相似，即首先將原料溶解形成紡絲液，然后調節(jié)紡絲參數(shù)，將紡絲液倒入紡絲機中進行紡絲。但是殼聚糖的可紡性較差，因此一般都是與高聚物混紡。殼聚糖常與PLA、PVA、膠原、絲膠等混合。絲膠是天然聚合物，生物相容性較好、低毒性，具有良好的抗菌性、較強的吸濕能力及抗紫外性質。Zhao[26]以殼聚糖、絲膠為原料，與三氟乙酸混合，制備出光滑的纖維敷料。纖維對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌都具有抑菌性，但革蘭氏陽性菌的抗菌性比陽性好。MTT測試表明，細胞存活率達到90%以上，可以促進細胞分化。靜電紡絲法也可以載藥，章亞妮[27]將聚乙烯醇、殼聚糖混合，加入丹參素鈉得到表面較光滑的纖維。當?shù)⑺剽c的含量大于4%時，溶液的可紡性較差。成纖后，丹參素鈉依然保持良好的藥物活性。但有機溶劑或是酸溶解的產品對受傷的皮膚或組織造成危害。因此，殼聚糖衍生物進入了人們的視野。Zhou[28]利用水溶性的殼聚糖衍生物-羧乙基殼聚糖與聚乙烯醇混合，加入絲素納米顆粒，得到表面粗糙的纖維。隨著絲素含量的增加，纖維的直徑隨之下降。低濃度的纖維無毒，但高濃度的纖維有低毒性。Naseri[29]將殼聚糖與聚氧化乙烯及納米甲殼素顆粒混合，以京尼平為交聯(lián)劑，得到機械性質較強、pH穩(wěn)定性較好的纖維。加入甲殼素納米顆粒后，溶液的黏度降低20%利于紡絲，但是纖維直徑有所下降。加入甲殼素后，楊氏模量和抗拉伸強度都有所提升，穩(wěn)定性增強；交聯(lián)后這些性質都有進一步的提升。正常皮膚的的透氣性是204g/m2day，受傷皮膚是279～5138 g/m2day，而實驗樣品的透氣性在1 290g/m2day～1 353g/m2day。纖維墊無毒，有良好的生物相容性。

靜電紡絲纖維敷料工藝簡單，但是也用到了有機試劑，會污染環(huán)境，難回收利用，同時，實驗室制備靜電紡絲敷料的效率較低，一般為1～5ml/h，從工業(yè)生產的角度來看，目前仍難以批量生產，且靜電紡絲技術在纖維尺寸、形貌的可控制備方面仍需改進。

3 殼聚糖敷料的發(fā)展前景

殼聚糖敷料具有良好的透氣性、保濕性、抗菌性、止血性，可以促進組織的生長，傷口的修復。此外，炎癥效應較小，可以減少疤痕的遺留。據(jù)統(tǒng)計[30]，全球每年有超過一億人次手術病例需要傷口護理，外科手術創(chuàng)傷敷料的年增長率在3.1%左右。輕微燒傷每年在330萬人次左右，需要醫(yī)學處理的燒傷病人超過630萬人次/a。外部創(chuàng)傷，全球每年大約有150萬人，考慮到劃傷造成的危害，外部創(chuàng)傷人數(shù)應在1 900萬人次/a左右。長期性創(chuàng)傷一般愈合時間長，比如，目前全球褥瘡患者達740萬人/a，靜脈曲張潰瘍患者1 100萬人/a，糖尿病并發(fā)癥潰瘍病人有1 320萬人/a之多。并且2012年世界創(chuàng)傷敷料市場的規(guī)模在117億美元，預計2021年將達到185億美元，2013～2021年期間的年增長率在7%作左右?？梢?，敷料有著廣闊的市場發(fā)展前景。殼聚糖具有良好的抗菌性、止血性、生物相容性及可降解等優(yōu)良性質，成為敷料的優(yōu)選者。但是，殼聚糖的機械性質較低，難以滿足敷料的要求。因此，對殼聚糖進行有目的改性、與其它高分子材料復合以及加強載藥體系的開發(fā)和應用，是目前殼聚糖敷料研究的熱點和發(fā)展方向[31]。而且，現(xiàn)在很多患者的傷口部位和形狀特殊，流體溫敏敷料也成為研究熱點。縮短敷料的制備工藝，經濟化，規(guī)模生產，減少有機試劑的使用，使其滿足“綠色”可持續(xù)發(fā)展要求也是科研者致力追求的目標。

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The Research and Prospect of Biological Dressing Based on Chitosan

CHEN Li-man WANG Tao

(CollegeofTextileandGarment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China)

The article briefly introduces the advantages of chitosan, and reviews the research progress of chitosan on wound dressings. It pointed out that the preparation methods of different types of chitosan dressings and theirs advantages and disadvantages. It shows that chitosan wound dressing has broad application prospects.

chitosan；dressing；Type；prospect

*資助項目：中央高校基本科研業(yè)務費創(chuàng)新團隊項目(NO.XDJK2013A021)。

陳麗嫚(1989-)，女，河南鄭州，碩士研究生。研究方向：醫(yī)用敷料。E-mail：15111926842@163.com

汪 濤，男，副教授，主要從事纖維新材料方面的研究。E-mail：wonder79@swu.edu.cn