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1第九章：生物医用纺织品蓝广芊21生物医用纺织品及其分类2生物医用纺织品的开发现状3生物医用纺织品的发展趋势4仿生结构复合小口径人造血管的研制31生物医用纺织品及其分类生物医用纺织品是纺织学科与生物医学学科相互交叉的新学科领域。创新性最强科技含量最高市场前景最为广阔4010203040506070机织非织造针织产量其中约有70%为用弃产品,30%为重复使用产品。％5生物医用纺织品卫生用品类医用防护类医用敷料类仿器类外科移植类尿布卫生巾成人失禁垫口罩手套手术衣手术罩隔离单防护服纱布棉绒衬垫创口贴绷带固定支架手术缝合线人造皮肤人造血管人造气管人造骨骼人工关节人工心脏瓣膜人工肝人工肺人工肾人工心脏6人造心脏瓣膜人造心脏人造心脏织物内部结构纱布、手套等口罩、手术服等固腰带72生物医用纺织品的开发现状2.1纸尿裤传统棉尿布优点：透气性好，柔软，价格较低，可重复使用。缺点：需频繁更换，洗涤、晾晒麻烦，多次使用表面毛糙，易引发尿布疹。一次性纸尿裤市场空间巨大8婴幼儿纸尿裤市场预测年份2岁以下婴儿人数／万人消费量／亿片年平均增长率／%市场渗透率／%2007410077.544.617.62008412595.723.521.120094146118.523.826.120104250137.820.029.620204520297.58.060.1注：按0~2岁婴儿人均需用纸尿裤3片／天计算。9表层聚丙烯热轧布、纺粘非织造布等柔软、快速渗透、保持干爽导流层热塑性纤维或双组分纤维的热粘合纤网尿液快速转移吸收芯层绒毛浆加超吸收树脂大量储存液体背层PP透气薄膜防止尿液渗透，隔离10优点缺点干净卫生表面干爽吸收强渗透快穿着方便抗菌性差异味大长时间使用易得尿布疹一次性产品处理麻烦112.2防护服要求：良好的过滤阻隔性抗粒子穿透性抗静水压屏蔽性抗撕裂、抗磨损拒污不起绒无毒舒适耐用型防护服还要求一定的耐消毒耐洗涤性能。12欧美国家以涤纶、粘胶等纤维为原料浸渍粘合法、泡沫浸渍法、热轧法或水刺法获得手感柔软，抗拉力高，透气性好，“用即弃”型防护服，避免交叉感染国内一次性用品仅限于口罩、帽子之类，一次性手术衣等防护服使用率很低13国内市场上销售的医用防护服主要有三类:非织造类、涂层类、闪蒸法一次成型类普通非织造防护服防护效率只有40％纺粘法：切片烘干→切片喂入→熔融挤压→纺丝→冷却拉伸→分丝铺网→纤网加固→后整理→产品熔喷法：切片→螺杆挤压→热空气牵伸→冷却→成网→后整理→产品水刺法：原料→混合开松→梳理成网→纤网正反面水刺加固→烘燥→卷取→成品湿法成网：纤维打浆→布浆器布浆→湿法成网→脱水→烘燥→固结→成卷非织造工艺：14防水性、阻隔细菌粒子性能好，可重复使用但透湿性能差干法直接涂层：基布前整理→涂层→烘干→焙烘→整理→打卷转移涂层：在离型纸上涂敷树脂胶→烘干→涂敷黏合剂基布前整理→复合→烘干→剥离→打卷涂层防护服涂层机涂层工艺：15闪蒸法加工技术目前仍属美国杜邦公司专利高聚物溶解→制成纺丝液→喷丝→丝条固化→牵伸→凝聚成网→热轧加固→闪蒸法非织造布质轻、拒水透湿，能有效阻抗干性颗粒物质，但布面屏蔽性能不匀，对血液、体液的阻隔性差闪蒸法一次成型滤材防护服16目前，我国采用《GB19082-2003医用一次性防护服技术要求》标准，以《生物防护服通用规范》作为补充，但仍然不够完善。美国的NFPA1999要求更为严格。医用防护服的设计要求比较17医用防护服的性能要求比较1819美国戈尔(Gore-tex)公司的外科隔离膜类CrosstechEMS织物是唯一一种严格符合防护标准、可重复使用的隔离织物抗渗透、透气CrosstechTM隔离层永久性层压耐久性纺织品兼有物理和美学品质,如强力、耐磨损、颜色、手感、重量等等，以及无与伦比的舒适性202.3创口贴吸收垫浸过苯扎氯铵等药物杀菌弹性胶带加压止血21优点：压迫止血、防水、保护创面、预防感染、促进愈合，使用简单、携带方便缺点：只能暂时止血，透气性差，长期使用易导致继发感染22氨纶皱纹弹力绷带由纯棉纱和氨纶包芯纱制织肤感舒适，透气性良好，无致敏性，可消毒，可重洗涤。普通纱布绷带柔软、透气，固定效果差粘胶石膏绷带粉状煅石膏、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液制成匀浆，涂布于纱布上，烘干，切割而成硬度高，适应性强，耐高温，高寒，无毒，无过敏2.4绷带232.5固定板高分子聚酯材料强度高、透气性好、重量轻、不怕水、可降解，且无毒、无味、对皮肤无刺激性临床上广泛地应用于骨科外固定、康复及矫形支具242.6手术缝合线4000多年前，古埃及人用亚麻线缝合伤口公元前1800年，肠线2520世纪50年代，尼龙、涤纶线等20世纪60、70年代，胶原纤维和甲壳素纤维80年代以来，新开发了海藻酸盐纤维、聚乳酸纤维、聚乙醇酸纤维等。26长期以来，外科用可吸收手术缝合线主要是羊肠线和聚乙醇酸缝合线。羊肠线易产生抗体反应，强度下降过快，吸收时间、张力强度、人体组织反应等因素难以控制。聚乙醇酸缝合线对细菌抵抗能力差，在空气中易分解。27聚乙交酯第一个用于可吸收缝合线的聚合物，临床中应用广泛。优点：强度高、生物相容性和可降解性好，可被机体自行吸收和排泄，对人体无不良反应。缺点：熔点高导致纺丝困难，纤维柔性差，手术过程中可能损伤人体组织。可采用共聚的方法，在高分子链中引入丙交酯链段，改善其柔顺性。28纯天然胶原蛋白精加工＋酶处理胶原蛋白缝合线纯生物制品，组织相容性好，抗张强度好，与伤口愈合期同步吸收，吸收完全，不留疤痕，在人体内遇盐类物质不形成结石，无毒、无刺激。29人体皮肤大面积损伤时，需要进行植皮。自体皮肤移植来源有限，异体皮肤移植会发生排斥反应。主要性能要求：与皮肤有良好的亲和性，不发生刺激反应与伤口有较强的结合力质地柔软，贴紧性好人造皮肤的作用：防止水分和体液从创面蒸发流失隔绝空气，防止伤口感染加快伤口愈合2.7人造皮肤30来自包皮环切术的新生儿包皮，经分离获得角质细胞和成纤维细胞角质细胞成纤维细胞将角质细胞或成纤维细胞接种到由生物相容性材料制成的多孔状、网状、成胶状三维结构支架上在密闭反应器中培养细胞，定期更换培养基一段时间后，细胞增殖并分泌胶原物质，形成人造皮肤用于治疗皮肤烧伤或溃疡组织工程皮肤的一般制备过程31合成膜成纤维细胞可生物吸收材料单层人造皮肤角质层角质细胞成纤维细胞胶原双层人造皮肤32制造人造皮肤最具应用前景的是壳聚糖。壳聚糖＋醋酸（作溶剂）纺丝液纺黏型非织造布用作人造皮肤壳聚糖粉末水溶性壳聚糖可止血，黏着性强，透气性良好，能隔绝空气，刺激皮肤生长，加速伤口愈合，减少疼痛。33人造皮肤播种技术将具生长能力的皮肤细胞涂覆于特殊的能保持细胞活性的基质上再贴敷在伤口上伤口在愈合过程中自动植皮该技术尚不成熟342.8人造血管人造血管的性能要求：良好的生物相容性较高的缝接强度一定的弹性和柔顺性一定的表面粗糙度性能和尺寸的稳定性切割边缘不脱散或抽丝可多次消毒具有止血性多种形状和尺寸35目前人造血管使用最多的原料是聚酯、聚四氟乙烯纤维。针织人造血管多孔结构，易与人体组织相容，易渗血拉绒或预凝结机织人造血管孔隙较小，较硬挺常用于心脏周围高压区域的血管置换内径小于10mm的血管，一般采用非织造的方法生产。36人造血管的表征：1渗透率和孔隙率可通过致密化处理和预凝得到改善。2人造血管强度包括径向和纵向拉伸强度、顶破强度、手术线固位强度、重复针刺强度等。3人造血管几何特征通常为圆柱形，由管道的壁厚和松弛内径来描述。4对管道内部应力的形变响应性模拟体内血管承压，测试人造血管在一定压力下的承压内径、纵向和径向顺应性以及弯折直径、半径。37人造血管的新进展1几种特殊类型的人造血管a腔面内衬内皮细胞b自体组织片移植c复合壁d表面抗血栓2提高小口径人造血管通畅率a改进生物材料表面与血液的相容性b材料表面引入生物活性物质c人造血管材料的表面伪饰表面改性的血管支架抗凝剂—肝素382.9人造骨骼依靠人体体液某些离子形成新骨，在骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应，实现骨骼牢固结合。最好的人造骨材料—钛无毒，强度和韧性好，良好的生物相容性，但耐磨性差，缺乏生物活性。钛骨钉39陶瓷人造骨X射线确定骨骼形状及大小，计算机系统专门定做精细度达0.1mm，术前2~3小时即可制作完成细胞组织能继续生长能否长期保持坚固性还需检验海草人造骨形成的钙化骨骼，表面布满直径5~10微米的小孔，与天然骨骼相似，尤其适于假牙40磷酸钙和骨胶原人造骨强度与弹性接近真正的骨骼，可被吸收。动物身上实验，三个月可再生出新的骨骼生物玻璃纳米纤维生物玻璃人造骨含磷和钙，接触体液形成磷酸钙层，与原骨牢固结合。机械强度高，无疲劳现象，无毒无排异反应，具生物活性，加工成型容易。41人造骨新工艺1快速成型制造工艺断层扫描→三维数据→激光熔粉→逐层铸造节约原材料，精度高，速度快，可制造各种复杂形状的骨骼。2等离子体喷涂技术利用高温等离子火焰在金属复合材料表面喷涂一层几十微米厚的羟基磷灰石。糅合两种材料的优势，是生物材料研究领域的一大步。等离子体喷涂设备激光熔覆422.10人工肾即血液净化装置，代替肾脏功能以脱除代谢废物。选择性透过适宜的超滤渗水性足够的湿态强度良好的血液相容性安全无毒性能稳定日本尼普勒透析机国产透析机43目前，空心纤维型人工肾得到广泛使用。44中空纤维横截面及表面微细结构一台中空纤维型血液透析器约由七千多根直径为2×10-5m的中空纤维组成。半透膜性质分离有害物质净化血液超滤透析45聚丙烯腈纤维再生纤维素纤维醋酯纤维聚乙烯醇纤维用于制备血液净化用高分子膜的材质：463生物医用纺织品的发展趋势随着社会经济的不断进步和生活水平的日益提高，健康已成为人类社会最为关注的热点问题之一。生物医用纺织材料作为与人类生活密切相关的基本物质，在维护人类健康、解除疾患、提高生活质量的医疗保障体系中，占据举足轻重的地位。一方面作为防护材料，为人类的生活创造出安全健康的微环境，保护人类不受病毒、细菌以及其他有害物质的侵扰；另一方面作为一种多孔的柔性材料，与生物组织有着天然的相容性，已经成为治疗人类疾患必不可少的材料。473.1国外生物医用纺织品的研究进展全球医用纺织品市场每年以10％的速度递增2010年销量达240万t，总价值达82亿美元医用纺织品最发达的5个市场依次为:美国、欧洲(以欧盟国家为主)、加拿大、日本、澳大利亚5大市场医用纺织品的销量约占世界医用纺织品市场总销量的90%483.2国内生物医用纺织品的研究进展新型医用防护品以及人体功能性纺织品总量约占产业用纺织品总量的10%，2010年消耗量达50万t限于手术鞋帽、手术衣、防护服等大宗医用纺织品仿器类植入型生物医用纺织品亟待突破我国人造血管的年需求量为85万例，实际用量却只有30万例而且90%以上的临床手术所采用的是进口人造血管49•多集中在低端产品，且为一次性产品；•在内植入医用纺织品领域尚为零，如：人工心脏、人工瓣膜、人工肾脏、人造皮肤等；•高端领域无自主话语权，无自主品牌•国内市场前景非常乐观，仅医用口罩的缺口高达60%；•已有大企业投产，并具有自主研发高技术含量产品的能力，但总体上，医用纺织品企业规模小，较为分散。我国生产了全球近20%的医用纺织品，由于标准的缺失造成产品先低价出口，检验合格后再高价进口；甚至高技术产品受标准限值而无法进入市场。市场大规模小产品低端标准的建立503.3生物医用纺织品的研究重点3.3.1原材料领域1新型医用生物降解纤维材料的研发甲壳素及其衍生物纤维、胶原纤维、海藻酸纤维、聚乙交酯纤维、聚乳酸(聚丙酯)纤维、聚乙交酯-丙交酯纤维、聚已内酯纤维等。海藻酸纤维胶原蛋白纤维512纤维材料化学改性技术在高聚物大分子上或纤维材料表面接枝生物制剂和治疗药物。药物释放体系：纳米粒或微粒类水凝胶类微囊类纤维支架类523.3.2加工技术领域研究解决当前国内生物医用器件产业化过程中的技术瓶颈问题，重点就可降解医用缝合线、人造血管和功能补片的专用设备开发、工艺参数优化和质量保障体系建立开展研究。1人造血管及其支架的生产较为常见的是机织或经编涤