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生物醫(yī)用紡織材料及其器件研究進(jìn)展

2016-04-16 07:45關(guān)國(guó)平王富軍胡吉永
紡織學(xué)報(bào) 2016年2期
關(guān)鍵詞:東華大學(xué)醫(yī)用紡織

王 璐,關(guān)國(guó)平,王富軍,林 婧,高 晶,胡吉永

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海 201620;2.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201620;3.東華大學(xué) 紡織生物醫(yī)用材料科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新引智基地,上海 201620)

生物醫(yī)用紡織材料及其器件研究進(jìn)展

王 璐1,2,3,關(guān)國(guó)平1,2,3,王富軍1,2,3,林 婧1,2,高 晶1,胡吉永1

(1.東華大學(xué) 紡織學(xué)院,上海 201620;2.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 201620;3.東華大學(xué) 紡織生物醫(yī)用材料科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新引智基地,上海 201620)

說(shuō)明了生物醫(yī)用紡織纖維及其制品材料、與生物體相互作用的基本特征以及生物醫(yī)用紡織材料的研發(fā)特殊性。其次,以人工血管、支架管、抗菌縫合線、功能敷料、載藥紡織品、纖維基傳感器、防護(hù)服等為例,介紹了典型紡織基醫(yī)療器械研發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展,包括臨床需求、材料和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制備技術(shù)及安全性和功能性評(píng)價(jià)技術(shù)。最后,提出了加速我國(guó)生物醫(yī)用紡織材料及醫(yī)療器械研發(fā)的建議。

生物醫(yī)用;紡織材料;醫(yī)療器械;設(shè)計(jì);評(píng)價(jià)

1 生物醫(yī)用紡織材料的基本特征

生物醫(yī)用紡織材料是生物醫(yī)用材料的重要組成部分,是以纖維為基礎(chǔ)、紡織技術(shù)為依托、醫(yī)療應(yīng)用為目的的醫(yī)用材料,用于臨床診斷、治療、修復(fù)、替換以及人體的保健與防護(hù)。生物醫(yī)用紡織材料是紡織與材料、生物、醫(yī)學(xué)及其他相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科深度交叉融合產(chǎn)生的一類(lèi)醫(yī)用材料,其產(chǎn)品是醫(yī)療器械的一個(gè)重要組成部分,由各級(jí)食品藥品監(jiān)督部門(mén)監(jiān)管。與服用和家用紡織品相比,生物醫(yī)用紡織品研發(fā)流程長(zhǎng),產(chǎn)品審批手續(xù)復(fù)雜,故新產(chǎn)品注冊(cè)上市所需時(shí)間更長(zhǎng)[1]。

生物醫(yī)用紡織材料按來(lái)源分類(lèi)可分為生物醫(yī)用金屬纖維(如不銹鋼絲縫合線)、生物醫(yī)用無(wú)機(jī)非金屬纖維(如氧化鋁纖維)和生物醫(yī)用高分子纖維。其中,以高分子纖維居多。生物醫(yī)用高分子纖維包括:1)天然高分子基生物醫(yī)用纖維,含纖維狀的天然物質(zhì)直接分離、精制而成的天然纖維和用天然高分子為原料經(jīng)化學(xué)和機(jī)械加工制成的纖維,如纖維素及其衍生物纖維(氧化纖維素)、甲殼素及其衍生物纖維、蠶絲和骨膠原纖維等;2)合成高分子基生物醫(yī)用纖維,如聚酯、聚酰胺、聚烯烴、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乳酸纖維等[2]。

生物醫(yī)用紡織材料纖維的主要成型方法有:干法紡絲、濕法紡絲、熔融紡絲、干濕紡絲、乳液紡絲、凝膠紡絲等。不同的紡絲方法可獲得不同的截面形態(tài)和直徑尺度的纖維。截面形態(tài)包括圓形、三角、核殼及中空型等。根據(jù)不同的成型方法,可獲得從納米級(jí)到毫米級(jí)的不同纖維尺度。熔融和濕法紡絲的纖維直徑與大多數(shù)動(dòng)植物細(xì)胞尺度相近,而靜電紡絲纖維更接近于病毒的尺度[3]。

生物醫(yī)用纖維可經(jīng)紡織手段制備成一維(線狀)、二維(平面)或三維(管狀)紡織品。其手段主要是指機(jī)織、針織、編織、非織、靜電紡及復(fù)合成型方法。實(shí)際研發(fā)過(guò)程中,常常根據(jù)醫(yī)療產(chǎn)品的需求,可選擇1種或數(shù)種紡織手段來(lái)進(jìn)行成型。生物醫(yī)用紡織品具有規(guī)則的多孔結(jié)構(gòu)且連續(xù)貫穿,表面拓?fù)湫蚊惨?guī)則且易控,厚度可在1×102~1×107nm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。通過(guò)不同的紡織手段獲得的紡織品,其力學(xué)性能各具特色且調(diào)節(jié)范圍大[4]。

生物醫(yī)用紡織材料在臨床上具有廣泛的用途,可獨(dú)立或參與制成人體器官或組織的替代物,不同的產(chǎn)品具有不同的醫(yī)學(xué)功能。1)支持運(yùn)動(dòng)功能:人工關(guān)節(jié)、人工骨、人工肌腱等;2)血液循環(huán)功能:人工心臟瓣膜、人工血管等;3)呼吸功能:人工肺、人工氣管、人工喉等;4)血液凈化功能:人工腎、人工肝等;5)消化功能:人工食管、人工膽管、人工腸等;6)泌尿功能:人工輸尿管、人工尿道等;7)生殖功能:人工子宮、人工輸卵管等;8)神經(jīng)傳導(dǎo)功能:人工神經(jīng)導(dǎo)管等;9)感覺(jué)功能:人工角膜、人工聽(tīng)骨等;10)組織修補(bǔ)功能:人工皮膚、牙周補(bǔ)片、疝修補(bǔ)片等[4-5]。

除植入性醫(yī)療器械之外,生物醫(yī)用紡織材料還被廣泛用于一般醫(yī)療產(chǎn)品,如縫合線、護(hù)創(chuàng)材料(敷料)、粘貼材料、手術(shù)洞巾等。此外,還在保健與防護(hù)方面有重要應(yīng)用,如壓力襪、手術(shù)服、防護(hù)服、防護(hù)口罩等[4-5]。

總之,生物醫(yī)用紡織材料擁有明確的醫(yī)療應(yīng)用目標(biāo),依賴(lài)于紡織、醫(yī)學(xué)、材料、電子等學(xué)科的進(jìn)步,產(chǎn)品正朝著小型化、高性能和低價(jià)格方向發(fā)展。生物醫(yī)用紡織材料未來(lái)的發(fā)展,還需集成多學(xué)科的技術(shù)成果,加強(qiáng)多領(lǐng)域的密切合作,吸引臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)家的關(guān)注[6]。

2 生物醫(yī)用紡織材料的醫(yī)療器械研發(fā)

從臨床角度看,醫(yī)療器械所用生物醫(yī)用紡織材料可分為4大類(lèi),植入性紡織材料、體外裝置用紡織材料、非植入性紡織材料以及保健和防護(hù)用紡織材料。

2.1 植入性紡織材料基醫(yī)療器械

2.1.1 人工血管

移植用人工血管面臨的最大挑戰(zhàn)是內(nèi)徑小于4 mm的小口徑人工血管的成型和移植后的管腔開(kāi)放性問(wèn)題。具有抗血栓和促內(nèi)皮化功能的小口徑人工血管是研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn),當(dāng)前的工作重點(diǎn)是基于生物功能的設(shè)計(jì)、多尺度紡織結(jié)構(gòu)的仿生、紡織材料的表面改性、無(wú)縫管道多元紡織微成型裝備以及均質(zhì)梯度管壁成型技術(shù)。東華大學(xué)在絲/滌混構(gòu)小口徑人工血管、絲素纖維層層自組裝改性、高順應(yīng)性管壁設(shè)計(jì)與制備、自波紋化管壁的設(shè)計(jì)與成型、靜電紡納米纖維小口徑血管成型等方面開(kāi)展了系列研究[7-11]。

已成功應(yīng)用于臨床的另一種紡織基人工血管,是用于微創(chuàng)手術(shù)的覆膜支架(stent-graft)中的紡織基覆膜。與移植用人工血管不同,覆膜要求具有無(wú)縫、均質(zhì)、厚度小于0.1 mm、無(wú)滲透、耐磨等特性。東華大學(xué)經(jīng)過(guò)多年攻關(guān),現(xiàn)已完成柔性生產(chǎn)線2條,突破了血管覆膜支架制備的技術(shù)瓶頸,開(kāi)發(fā)了分叉和三維異型的覆膜支架材料[12-16]。隨著臨床中更新更復(fù)雜病例的出現(xiàn),臨床對(duì)“煙囪”“原位開(kāi)窗”、多分枝小口徑覆膜支架提出了更高的要求,課題組正在開(kāi)展相關(guān)研究工作[17-18]。

此外,覆膜支架的臨床失效問(wèn)題日益凸顯,但是關(guān)于失效機(jī)制的研究較少。比如,覆膜支架的I、II、III型內(nèi)漏,支架移位等。課題組與國(guó)際相關(guān)組織機(jī)構(gòu)建立的長(zhǎng)期鞏固的交流合作關(guān)系,在覆膜支架失效研究方面開(kāi)展了如下系列工作。覆膜支架體外仿真疲勞試驗(yàn),覆膜支架失效機(jī)制的仿真模擬,覆膜支架結(jié)構(gòu)優(yōu)化、覆膜結(jié)構(gòu)參數(shù)、受力形式、手術(shù)方法等與其耐疲勞性能的關(guān)系等,為現(xiàn)有產(chǎn)品的完善和新一代產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)提供了重要依據(jù)[19-23]。

2.1.2 房間隔缺損封堵器

房間隔缺損(Atrial septal defect,ASD)是最常見(jiàn)先天性心臟病,約占20%~30%。傳統(tǒng)采用開(kāi)胸手術(shù),直接縫合或用補(bǔ)片將病人心包膜修補(bǔ)。近年來(lái)出現(xiàn)了介入療法,即經(jīng)股靜脈穿刺,導(dǎo)管輸送封堵器到缺損部位封堵。

在封堵器產(chǎn)品中,紡織材料扮演了重要角色,如2001年食品和藥物管理局FDA批準(zhǔn)的Amplatzer產(chǎn)品,由超彈鎳鈦合金絲編織網(wǎng)與滌綸織物組合而成;2006年FDA批準(zhǔn)的Helex產(chǎn)品,由鎳鈦合金絲與超薄ePTFE薄膜復(fù)合。為克服房間隔缺損封堵器中血栓、鎳過(guò)敏、心臟侵蝕等問(wèn)題,人們開(kāi)始探索完全可降解房間隔缺損封堵器。研究方案包括聚己內(nèi)酯(PCL)骨架+靜電紡絲聚乙交酯-丙交酯(PGLA)/I型膠原納米纖維膜,PDO長(zhǎng)絲編織雙盤(pán)形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),內(nèi)縫3層聚乳酸無(wú)紡布膜,PDO長(zhǎng)絲編織雙盤(pán)結(jié)構(gòu),兩側(cè)盤(pán)內(nèi)聚乳酸(PLA)機(jī)織物等[6]。這些例子清晰地顯示了在房間隔缺損治療中生物醫(yī)用紡織材料的重要性。

2.1.3 人工心臟瓣膜

心臟瓣膜特別是主動(dòng)脈瓣會(huì)發(fā)生退行性病變,主要的退行性病變是瓣膜組織發(fā)生鈣化。全球主動(dòng)脈瓣替換的病例在30萬(wàn)例左右,預(yù)計(jì)每年以約5%的速度增加。20世紀(jì)50年代初,機(jī)械瓣膜應(yīng)用于臨床,這些瓣膜需要加抗凝血藥物進(jìn)行輔助治療,可能會(huì)有一些副作用。生物瓣膜(豬瓣膜或者牛心包制成的瓣膜)在20世紀(jì)70年代形成了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),不易形成血栓,但是它的耐久性不佳,往往由于嚴(yán)重的鈣化導(dǎo)致退行性變。不管是生物瓣膜還是機(jī)械瓣膜,瓣環(huán)材料均為醫(yī)用紡織材料,紡織品的主要作用是促進(jìn)移植物與生物體的融合。

2002年,已超過(guò)5萬(wàn)例瓣膜通過(guò)微創(chuàng)手術(shù)成功替換,主要產(chǎn)品是愛(ài)德華茲經(jīng)皮導(dǎo)管心臟瓣膜(THV)和美敦力的經(jīng)皮導(dǎo)管心臟瓣膜(core)。由于生物瓣膜在輸送導(dǎo)管中受到很大的壓縮,有專(zhuān)家認(rèn)為可能導(dǎo)致其耐久性從15年下降到5年。近十年來(lái),法國(guó)Heim等人對(duì)一體化紡織瓣膜的設(shè)計(jì)、成型和疲勞性能開(kāi)展了較深入的研究[24-25]。20世紀(jì)70年代,奧爾巴尼國(guó)際公司曾提出過(guò)一個(gè)概念,即縫合在金屬支架上的3個(gè)相互獨(dú)立的平紋滌綸織物可用作瓣膜材料。

2.1.4 紡織基可降解輸尿管支架管

輸尿管支架管是放置在患者輸尿管內(nèi)部的中空管狀支架,主要作用是支撐輸尿管,并將尿液從腎盂內(nèi)引流入膀胱,促進(jìn)輸尿管切口的愈合并能預(yù)防輸尿管狹窄??山到廨斈蚬苤Ъ芄懿恍栊g(shù)后2次拔出,且能降低傳統(tǒng)非降解支架管導(dǎo)致的并發(fā)癥,但目前大多數(shù)在研的可降解支架管存在制備復(fù)雜、力學(xué)性能不足、降解無(wú)規(guī)律、易在降解過(guò)程中造成堵塞等問(wèn)題。東華大學(xué)與醫(yī)院合作研究了一種新型輸尿管支架管。以聚乙醇酸(PGA)和PLGA等為原材料,采用編織和后處理工藝制得了膜和纖維雙組份結(jié)構(gòu)支架管,其壁厚為傳統(tǒng)非降解支架管的1/3~2/9。同時(shí)優(yōu)化了支架管中雙組份的比例和分布,其力學(xué)性能達(dá)到甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的輸尿管支架管[26-27]。

體內(nèi)外降解實(shí)驗(yàn)顯示,支架管在體外降解偏慢。真實(shí)尿液作為降解液更接近體內(nèi)降解狀態(tài)。膜和纖維組分分別以不同形式降解,整體降解有規(guī)律性。此支架管的臨時(shí)支撐效果達(dá)到了商用非降解支架管的效果,同時(shí)具有良好的生物相容性[28]。

因此,理想輸尿管支架管設(shè)計(jì)和制造的要求有,降解時(shí)間在2~4周可控,力學(xué)性能與傳統(tǒng)支架管相同或進(jìn)一步優(yōu)化,降解物體積小于1 mm3,可隨尿液排出體外[29]。

2.1.5 人工神經(jīng)導(dǎo)管

人工神經(jīng)導(dǎo)管經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展,研究人員已經(jīng)攻克了諸如導(dǎo)管微成型、材料降解速率控制等關(guān)鍵技術(shù)[30-35],東華大學(xué)研發(fā)的一款產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn),預(yù)計(jì)多中心臨床試驗(yàn)2015年結(jié)束,通過(guò)審批程序后將可用于臨床。

2.1.6 疝氣修復(fù)補(bǔ)片

疝氣修復(fù)術(shù)的發(fā)展可分成3個(gè)階段:經(jīng)典組織修復(fù)、開(kāi)放式無(wú)張力修復(fù)以及腹腔鏡下無(wú)張力修復(fù)。后2種修復(fù)術(shù)均要用到補(bǔ)片材料。

目前臨床使用的補(bǔ)片有不可吸收、可吸收、復(fù)合補(bǔ)片以及生物補(bǔ)片等4大類(lèi)。生物醫(yī)用紡織材料補(bǔ)片以經(jīng)編工藝加工的為主。因?yàn)榻?jīng)編產(chǎn)品的特點(diǎn)是有較高的孔隙率,織物形狀穩(wěn)定性好不易脫散,強(qiáng)度高,柔韌性良好[36-37]。

目前,疝氣修復(fù)補(bǔ)片的幾個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題包括:1)膠原形態(tài)問(wèn)題,通過(guò)對(duì)失效補(bǔ)片的觀察發(fā)現(xiàn),體內(nèi)新生的膠原纖維結(jié)構(gòu)彎曲少,提示彈性較弱;2)體內(nèi)補(bǔ)片的皺縮問(wèn)題,重型小孔補(bǔ)片的皺縮高達(dá)15%~45%,輕型大孔補(bǔ)片的皺縮為3%~15%,因此,皺縮與補(bǔ)片孔徑之間的關(guān)系及與炎癥之間的關(guān)系均有待深入研究;3)力學(xué)性能過(guò)度設(shè)計(jì)問(wèn)題,力學(xué)性能過(guò)度設(shè)計(jì)是指補(bǔ)片材料斷裂性能明顯大于人體腹壁力學(xué)性能[38];4)補(bǔ)片的彈性與腹壁的柔順性不匹配問(wèn)題等[39]。這些問(wèn)題均需要進(jìn)一步與醫(yī)學(xué)專(zhuān)家合作,探究其作用機(jī)制。

2.1.7 手術(shù)縫合線

在我國(guó),非吸收手術(shù)縫合線占主導(dǎo)地位,真絲縫合線在基層醫(yī)院廣泛應(yīng)用[40],可吸收縫合線以進(jìn)口為主??晌湛p合線原材料的國(guó)產(chǎn)化,可吸收縫合線的降解速率調(diào)控,勻質(zhì)縫合線的工業(yè)化制備及功能縫合線的開(kāi)發(fā),是亟待解決的問(wèn)題。

研發(fā)新型抗菌縫合線的關(guān)鍵問(wèn)題是保證抗菌劑在加工過(guò)程中的功效,防止抗菌劑突釋?zhuān){(diào)控抗菌劑的緩釋速率以匹配不同臨床組織的愈合速率,保證良好的臨床效果[41]。

以納米纖維為基礎(chǔ),羥基磷灰石、PLGA雜化載藥纖維體系的研究表明,雜化可顯著提高材料的力學(xué)性能,藥物的突釋現(xiàn)象明顯減少[42-44]。

免打結(jié)手術(shù)縫合線具有良好的應(yīng)用前景[45-46],然而針對(duì)手術(shù)部位的個(gè)性化、精細(xì)化產(chǎn)品的研發(fā),還面臨很多挑戰(zhàn)。

2.2 體外裝置用紡織材料基醫(yī)療器械

2.2.1 人工腎

臨床用人工腎材料以生物醫(yī)用中空纖維為主,由上萬(wàn)根250~400 μm的中空纖維平行排列組合而成,我國(guó)臨床產(chǎn)品以進(jìn)口產(chǎn)品或進(jìn)口原材料組裝為主。

東華大學(xué)自20世紀(jì)60年代起,就在人工腎中空纖維膜的成型、改性等方面開(kāi)展工作。1974年開(kāi)發(fā)了我國(guó)第一型人工腎,于1978年榮獲全國(guó)第一屆科技大會(huì)獎(jiǎng)。溶劑法纖維素中空纖維膜和人工腎的研制1988年獲上海市優(yōu)秀發(fā)明二等獎(jiǎng),1990年獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明三等獎(jiǎng)。1994年研發(fā)改性聚丙烯腈人工腎透析器,于2000年獲教育部科技發(fā)明三等獎(jiǎng)。近年來(lái),采用共混聚醚砜材料的第四型人工腎透析器,正在推向產(chǎn)業(yè)化。

人工腎透析器的國(guó)產(chǎn)化,關(guān)鍵在于:1)創(chuàng)新中空纖維膜成型技術(shù),有效調(diào)控管壁拓?fù)浼翱捉Y(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)高效透析功能;2)創(chuàng)新膜材料表面化學(xué)修飾和整理等技術(shù),研究致病毒素分子與材料的相互作用和識(shí)別機(jī)制,提高通透性、選擇性、分子量截留范圍等性能;3)發(fā)展微型化、可攜帶或可移植且具有腎小球和腎小管復(fù)合功能的生物人工腎[47]。

2.2.2 人工肺和人工肝

人工肺和人工肝的核心材料均為生物醫(yī)用中空纖維,但纖維材料種類(lèi)、管壁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等各具特色,其構(gòu)效關(guān)系已有較多研究[47-48]。

2.3 非植入性紡織材料基醫(yī)療器械

2.3.1 創(chuàng)面敷料

敷料的設(shè)計(jì)一般遵循較公認(rèn)的濕潤(rùn)愈合理論。目前創(chuàng)面敷料的材料主要有:1)天然高分子材料,如天然蛋白質(zhì)(膠原蛋白、纖維蛋白)、天然多糖類(lèi)(纖維素、甲殼質(zhì)、殼聚糖);2) 合成高分子材料,如聚酯纖維、丙烯酸改性纖維、雜環(huán)碳酸酯與馬來(lái)酸和異丁烯共聚纖維等。

生物合成敷料是該領(lǐng)域的重要研究課題。生物合成敷料具有多層結(jié)構(gòu):外層采用高分子材料,提供相當(dāng)于表皮的屏障功能;內(nèi)層選用功能性天然材料,具有生物相容性、較好的吸收性、透氣性、黏附性和抗菌、止血作用[49-50]。

2.3.2 醫(yī)用繃帶

繃帶作為醫(yī)用制品具有重要意義,防止繼發(fā)感染,止血,防止或減輕水腫,防止或減輕骨折段錯(cuò)位,保溫,止痛,固定醫(yī)用敷料等??噹У募庸ぶ饕袡C(jī)織、針織、非織等手段。復(fù)合繃帶具有綜合各組份材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)的特點(diǎn),繃帶的功效得到了更好的發(fā)揮。

2.4 保健和防護(hù)用紡織材料基醫(yī)療器械

2.4.1 壓力紡織品

醫(yī)療壓力紡織品主要用于治療燒傷及減少手術(shù)后疤痕,也用于干預(yù)靜脈曲張、預(yù)防靜脈疾病手術(shù)后復(fù)發(fā)和靜脈血栓形成,是一種體外治療和康復(fù)用的紡織品。目前,醫(yī)療壓力紡織品的典型產(chǎn)品有壓力套(衣)和壓力襪。也有一些控壓效果較弱的壓力紡織產(chǎn)品用于保健,如塑身服裝、減肥腰帶等。

壓力襪適用于不同病情的靜脈曲張患者。壓力襪采用彈性紗線,由電腦輔助設(shè)計(jì),以緯編成型紡織品為主[51],壓力的穩(wěn)定性是其重要性能之一,盡管壓力襪標(biāo)準(zhǔn)尚未涉及該項(xiàng),但是相關(guān)研究對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量控制有積極意義[52]。此外,壓力襪除壓力梯度以外賦予其抗菌、防紅外線等功能亦值得關(guān)注[53]。

2.4.2 非織造醫(yī)用防護(hù)服及防護(hù)口罩

醫(yī)用防護(hù)服、防護(hù)口罩等防護(hù)用品,對(duì)于保護(hù)個(gè)體免于污染、傳染或感染具有重要意義,前者多見(jiàn)于醫(yī)療環(huán)境,后者則在一般生活環(huán)境中常見(jiàn)。

“十二五”期間,東華大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)和浙江的3家企業(yè)順利完成了國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題,項(xiàng)目組攻克了高效熔噴駐極體、醫(yī)療用三抗SMXS紡熔集成等技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)了“防護(hù)與舒適”功能匹配,完成生產(chǎn)線6條及示范基地3家,10億只/a高效低阻口罩,1 400萬(wàn)套/a醫(yī)用“三抗”防護(hù)服產(chǎn)業(yè)化成果[54]。

隨著新型納米纖維制備技術(shù)的出現(xiàn),具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代納米蛛網(wǎng)復(fù)合膜病毒防護(hù)/過(guò)濾材料取得了顯著的階段性成果[55-56],正在推向產(chǎn)業(yè)化。常用外科材料的功能正在不斷提升,新型的外科材料制品在醫(yī)生、學(xué)者、工程人員的共同努力下也在不斷涌現(xiàn)。新型紡織基傷口清創(chuàng)材料是一個(gè)典型的例子。

2.4.3 新型紡織基傷口清創(chuàng)材料

傷口清創(chuàng)是傷口護(hù)理的首要環(huán)節(jié),及時(shí)有效地清創(chuàng)處理可加速傷口愈合,但目前臨床常用清創(chuàng)方法耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高、操作復(fù)雜[57-58]。東華大學(xué)產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的新型紡織基傷口清創(chuàng)材料,攻克了纖維絨面的聚集效應(yīng)、防落纖集成處理等關(guān)鍵技術(shù),使產(chǎn)品具有超高的吸液性和清潔能力,可實(shí)現(xiàn)快速高效清創(chuàng)[59]。材料整體結(jié)構(gòu)具有良好的柔韌性、透氣性,可有效降低清創(chuàng)疼痛感[60]。該材料特別適用于戶外緊急環(huán)境下的急救使用。

2.4.4 載藥紡織品

將藥物與成纖材料混合,經(jīng)干紡、濕紡等各種纖維成型方法即可獲得載藥纖維。載藥纖維再經(jīng)過(guò)紡織手段制備成載藥紡織品,載藥紡織品面臨的主要挑戰(zhàn)是藥物釋放速度的可調(diào)控性、加工過(guò)程中藥物的性能變化、特殊微觀結(jié)構(gòu)特征的新藥給藥系統(tǒng)、多藥控釋、單藥多級(jí)控釋等復(fù)雜給藥系統(tǒng)以及藥物與纖維的作用機(jī)制研究。

2.4.5 生物醫(yī)用紡織材料智能型柔性傳感器

隨著我國(guó)人口老齡化的加劇,具有多種人體基本生理指標(biāo)監(jiān)測(cè)功能的可穿戴紡織品市場(chǎng)巨大。產(chǎn)品的核心技術(shù)是開(kāi)發(fā)具有高精度、高穩(wěn)定性、良好傳感、反饋和響應(yīng)能力的傳遞紡織柔性傳感器[61]。

隨著納米制備技術(shù)的進(jìn)步,生物醫(yī)用紡織材料有望在疾病診斷、檢測(cè)等方面發(fā)揮更大的作用。東華大學(xué)利用交聯(lián)技術(shù)和層層組裝技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種新型材料,該材料能對(duì)口腔上皮癌細(xì)胞進(jìn)行特定捕獲,具有檢測(cè)口腔上皮癌癥的潛力[62]。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文綜述了生物醫(yī)用紡織材料及其器件的應(yīng)用現(xiàn)狀與研究進(jìn)展,重點(diǎn)介紹了生物醫(yī)用紡織材料的基本特征和基于生物醫(yī)用紡織材料的醫(yī)療器械,歸納和分析了4類(lèi)紡織基醫(yī)療器械典型產(chǎn)品的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀??偠灾?,生物醫(yī)用紡織材料在醫(yī)療器械的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用當(dāng)中發(fā)揮著不可替代的作用。

然而,我國(guó)生物醫(yī)用紡織材料產(chǎn)業(yè)才剛剛起步,高端產(chǎn)品幾乎被國(guó)外跨國(guó)公司壟斷,國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程緩慢。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,國(guó)內(nèi)企業(yè)無(wú)論是國(guó)際視野的高度、臨床需求的重視方面,還是企業(yè)的運(yùn)營(yíng)管理、自主創(chuàng)新能力方面,均存在不小的差距。所幸,國(guó)家已經(jīng)將生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)列為戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的一部分,重點(diǎn)鼓勵(lì)和支持。相信在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型驅(qū)動(dòng)下,生物醫(yī)用紡織材料會(huì)越來(lái)越受到重視,“大眾創(chuàng)新”的大好局面為時(shí)不遠(yuǎn)。

展望未來(lái),生物醫(yī)用紡織材料的發(fā)展可從以下具體方面著手突破:1)加速生物醫(yī)用紡織原材料的國(guó)產(chǎn)化;2)突破多維多元微型高精度醫(yī)用紡織加工技術(shù)與裝備研發(fā);3)創(chuàng)新面向臨床的設(shè)計(jì)理論,強(qiáng)化綜合功能設(shè)計(jì)理論;4)推動(dòng)生物醫(yī)用紡織材料醫(yī)療器械的個(gè)性化;5)促進(jìn)預(yù)防和康復(fù)紡織材料制品發(fā)展;6)形成多學(xué)科交叉、多部門(mén)協(xié)同、政產(chǎn)學(xué)研醫(yī)互動(dòng)創(chuàng)新機(jī)制;7)積極培育“生物醫(yī)用紡織材料”國(guó)家級(jí)研究基地;8)深入探究生物醫(yī)用紡織材料與生物體的互動(dòng)響應(yīng)機(jī)制。

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Research progress on biomedical textile materials and devices

WANG Lu1,2,3,GUAN Guoping1,2,3,WANG Fujun1,2,3,LIN Jing1,2,GAO Jing1,HU Jiyong1

(1.CollegeofTextiles,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China;2.KeyLaboratoryofTextileScienceandTechnology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China;3.ScientificandTechnologicalInnovationNetworkofBiomedicalTextileMaterial,DonghuaUniversity,Shanghai201620,China)

This paper firstly introduces fibers and products of the biomedical textile material,the basic characteristics of the interaction with the organism and the particularity of the research and development on the biomedical textile material.Then,the status and development of devices made of textiles are presented in this paper,including the clinical demands,the design and manufacture technology of the materials and structures and the appraisement technology of the safety and function.Some representative devices are the vascular prosthesis,the stent,the anti-bacterial suture,the multi-functional dressing,the drug-loaded textile,the fiber-based sensor and the protective garment.Finally,the suggestion is put forward to accelerate the domestic development on biomedical textile materials and devices.

biomedical; textile materials; medical device; design; evaluation

10.13475/j.fzxb.2015090560908

2015-09-23

2015-11-05

獲獎(jiǎng)?wù)f明:本文榮獲中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)頒發(fā)的第16屆陳維稷優(yōu)秀論文獎(jiǎng)

高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃項(xiàng)目(B07024);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81371648);上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新項(xiàng)目(ZX201503000017);上海市科委支撐計(jì)劃項(xiàng)目(14441901600)

王璐(1963—),女,教授,博士。主要研究方向?yàn)樯镝t(yī)用紡織材料及生態(tài)紡織品。E-mail: wanglu@dhu.edu.cn。

TS 102.5

A

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