医用纺织品
为开发生物相容性好、安全有效且性能稳定的纺织人造血管，对现阶段血管类疾病的发病状况、人造血管的研究背景和其重要的研究价值进行了介绍，简述了人造血管的安全性、性能要求以及不同人造血管材料的优缺点，比较了替换型和腔内隔绝型2 种人造血管治疗血管疾病的性能和结构特点。阐述了目前制备人造血管常见的3 种方法，即纤维连接法、组织工程细胞培养法和3D 打印法，分析了不同制备方法的特点、适用范围以及其最新的研究进展。结果表明，生物医用纺织人造血管的研究是涉及多学科交叉的前沿研究，应从原材料、制备方法、后加工工艺、组织工程修复以及临床研究等方面入手，需要生物材料、数学、纺织和医学临床的多学科人才团队协同创新，才能制备出性能优越的人造血管，从而为血管疾病患者带来福音。
说明了生物医用纺织纤维及其制品和材料、医用材料与生物体相互作用的基本特征以及生物医用纺织材料的研发特殊性。其次，以人工血管、支架管、抗菌缝合线、功能敷料、载药纺织品、纤维基传感器、防护服等为例，介绍了典型纺织基医疗器械研发现状和发展，包括临床需求、材料和结构的设计与制备技术及安全性和功能性评价技术。最后，提出了加速我国生物医用纺织材料及医疗器械研发的建议。
为改善壳聚糖基纳米纤维膜的耐水性和结构稳定性,对静电纺丝制得的壳聚糖/聚氧化乙烯(PEO)纳米纤维膜进行戊二醛交联改性,研究不同交联时间下纳米纤维膜在模拟人体缓冲液中微观形态结构、化学结构和结晶结构的变化,并对交联后纤维膜的耐水性和力学性能进行表征。结果表明:壳聚糖基纳米纤维膜经戊二醛交联处理后,在缓冲液中浸泡24 h纤维形态的稳定性得到明显改善,且随着交联时间的增加,纤维膜在缓冲液中的吸水率逐渐增加,溶失率逐渐降低;交联改性改变了壳聚糖大分子固有的结晶结构,使纤维膜的初始模量提高,力学强度随交联时间的增加先增加后降低。
为研究纤维基载药介孔SiO2纳米粒子的释药性能,采用溶胶-凝胶法制备介孔SiO2,并采用静电纺丝技术制备了负载介孔SiO2的聚己内酯(PCL)纤维膜,在介孔SiO2纳米粒子中装载抗菌药物盐酸环丙沙星,于酸性条件下分别探讨了盐酸环丙沙星在纳米粒子和复合纤维膜中的释放性能及释放机制,并对2种药物释放模型进行动力学研究。结果表明:介孔SiO2纳米粒子的成型受pH值影响较大,在可成型范围内,随着pH值的增大,纳米粒子的粒径逐渐增大;随着介孔SiO2比例的增加,PCL复合纤维的细度逐渐下降;盐酸环丙沙星在单独纳米粒子和复合纤维膜中的释放都具有初始释放速率大,后期释放缓慢的特点,12 h内在2种载体中的累积释放率分别可达到55.51%和16.53%;扩散是药物在2种载体中释放的主要机制。
为制备新型疝修补片,将聚乳酸-己内酯(P(LLA-CL))与纤维蛋白原以不同比例共混并纺丝,依托静电纺丝技术制备了一系列P(LLA-CL)/纤维蛋白原复合纳米纤维膜,结合扫描电子显微镜、红外光谱仪、X射线光电子能谱分析仪及细胞实验等对纤维膜片的微观形貌、表面成分、亲水性、力学性能和细胞相容性进行了表征。结果表明:P(LLA-CL)与纤维蛋白原共混后,所制得的纤维膜片均以纳米尺度纤维构成,孔隙率达到60%以上,且膜中存在纤维蛋白原成分;纤维蛋白原的加入使疏水性P(LLA-CL)的亲水性得到大幅提升,并改变了P(LLA-CL)材料原有的力学性能;最终获得的静电纺P(LLA-CL)/纤维蛋白原纳米纤维膜具有良好的细胞相容性,且因其含生长因子,促进了细胞增殖,具有潜在的诱导组织再生能力,有望应用于疝修补领域中。
缝线在锚钉孔眼处磨损断裂是带线锚钉临床失效的主要原因,但由于缺乏测试装置,对缝线耐磨性的定量评价及影响因素尚不明晰。通过自主设计并搭建缝线摩擦性能测试装置,选取几种常用的缝线与锚钉,调节缝线拉伸角度(θSA)与锚钉旋转角度(θARA),对其断裂强力及耐磨性进行测试。结果表明:搭建的测试装置可为缝线耐磨性测试提供定量数据比较;聚对二氧环己酮由于其更高的断裂强力和单股结构,耐磨性最佳;锚钉孔眼表面的线槽设计会使缝线耐磨性降低,且线槽尺寸越大,对缝线耐磨性的损伤越大;与θSA为45°相比,θSA为0°时缝线表现出更好的耐磨性,对于无线槽锚钉,θARA为90°时缝线耐磨性更好,对于有线槽锚钉θARA为0°时缝线耐磨性更好。
针对目前临床上人工韧带产品需求量大但淘汰率高的问题,从几何特征、织造方式、表面形态等方面对当前11种典型纺织基人工韧带进行了系统分析,同时对比分析了典型产品Stryker?-Meadox的移出样和原样的力学性能、纤维形貌、降解性能等,并对其体内失效机制进行了探究。结果表明:人工韧带产品结构多样且形态各异,主要与其临床适应症有关;长期植入后材料与骨组织之间的磨损及体内复杂环境下高分子材料的结构变化可能是导致其失效的主要原因,研究可为优化现有人工韧带产品结构、进一步改善其性能提供参考。
为降低聚丙烯(PP)补片的炎性反应,利用多巴胺氧化自聚合,在PP单丝表面制备了聚多巴胺(PDA)抑炎涂层,并对PDA-PP补片的微观形貌、表面成分、接触角、涂层稳定性、力学性能、体外抗氧化和体外抗炎性能进行了表征与分析。结果表明:PDA可在PP单丝表面形成分布均匀的微纳米颗粒涂层,进而使得PP表面的理化性能呈现出相应的变化;PDA不影响PP补片的力学性能,且抗氧化能力和形貌稳定性均可满足炎性反应初期调控的需求;通过炎性应答标志TNF-α和IL-6的24 h释放量可知,黏附于PDA-PP的巨噬细胞较PP补片分别降低了93%和100%的释放,初步证实PDA涂层可有效降低PP补片的体外炎性反应,进而有望应用于临床评估研究。
三维纺织基疝修复假体良好的抗压缩性能是保证疝气治疗无张力手术的关键，然而目前对于其抗压缩性能的评价尚无量化研究。为此，通过采用压缩仪探索定量表征三维纺织基疝修复假体抵抗压缩性能的测试方法及指标，进而获得影响测试结果的主要因素。结果表明：压缩仪测试可定量表征三维纺织基疝修复假体的压缩性能；压缩强力、应力松弛率和塑性变形率可较全面地评价三维纺织基疝修复假体的压缩性能；约束环直径和压缩量等测试参数对三维纺织基疝修复假体的抗压缩性能指标均有明显影响；三维疝修复假体的压缩测试最佳参数为3 cm直径约束环，30%压缩量。
为研制具有优良力学性能和抗血液渗透性能的人工心脏瓣膜,采用涤纶(PET)长丝和脱胶蚕丝(SF),选取不同组织结构、纱线线密度和织物经纬密等参数,在小型织机上通过优化设计试验制备了PET/SF机织人工心脏瓣膜织物(AHVF),并探讨对人工瓣膜的定制化设计。结果表明:制备的AHVF的厚度小于(0.52±0.1) mm,具有良好的亲水性,水接触角为60°±1.2°,接近于自体心脏瓣膜;AHVF的力学性能具有各向异性特征,经向弹性模量为60~100 MPa, 经向断裂强度为20~40 MPa,纬向弹性模量为7~50 MPa,纬向断裂强度为7.5~20 MPa,水渗透性低于300 mL/(cm 2·min),达到了心脏瓣膜的标准,具备作为心脏瓣膜的可能。
为使复合补片性能更加稳定，采用磷酸盐缓冲液(PBS)、Na2CO3溶液和不同质量分数NaOH溶液对聚丙烯(PP) /聚乳酸(PLA)可降解复合疝气补片进行加速降解试验，测试并分析了降解过程对该补片外观、质量等结构参数以及拉伸断裂强力和抗弯刚度等力学性能的影响。结果表明：弱碱Na2CO3溶液能够加速该补片的降解，但效果不太显著。5%浓度的Na2CO3比生理缓冲液PBS更易导致降解过程中补片质量的损失，但对于补片力学性能的损失与PBS的效果相差不大。而强碱NaOH溶液加速降解效果非常显著。加速降解过程中，补片的质量和强力损失均表现为：开始降解速度较快，一段时间后，降解速度有所减慢，最后PLA完全降解后，质量和强力均趋于稳定值；该三梳毛刺结构的复合补片，降解前工艺正反面的抗弯刚度差异较大，且反面抗弯大于正面抗弯刚度，横向抗弯刚度大于纵向抗弯刚度，PLA完全降解后，补片正反面抗弯刚度基本无差异，但纵向抗弯刚度略大于横向抗弯刚度。
针对丝素蛋白(SF)吸水性差、力学性能不足等问题,以丝素蛋白为基材,亲水性葡萄糖(Glu)和塑化剂甘油(Gly)为辅料,通过冷冻干燥法制备得到SF/Glu海绵,然后通过蒸发溶剂法制备聚氨酯(PU)薄膜。通过医用热熔胶黏合SF/Glu海绵与PU薄膜获得丝素基双层敷料,并对双层敷料的结构和性能进行分析。结果表明:在Gly质量分数为0.5%,PU质量分数为8%,Glu质量分数为10%条件下制备的双层敷料,其吸水率高达自身质量的12.5倍,溶失率低于2%,保水时间延长至11 h;Glu和SF的相容性较好,Glu可使SF维持较稳定的β-折叠结构;制备的双层敷料无细胞毒性,且具有阻菌功能。
为获得轻薄柔软的伤口敷料,并使其具备优异的压电和抗菌性能,以聚偏氟乙烯(PVDF)为原料,掺杂不同质量分数的盐酸恩诺沙星(Enro),采用静电纺丝技术制备载药PVDF复合纳米纤维膜。分析了复合纳米纤维膜的形貌、化学结构对其压电性能、药物缓释和抗菌性能的影响。结果表明:PVDF质量分数为8%时,纤维平均直径为(753±128) nm,纤维网成膜良好,复合纳米纤维膜直径随着Enro质量分数的增加呈先增大后减小趋势;纺丝过程中PVDF由α晶型转变为β晶型,使纤维膜具备了压电性能,可产生9 mV的输出电压;当 Enro质量分数为15%时,纤维膜释药速度平稳、持续时间长且具备优异的抗菌性能,适合用作伤口敷料。
为制备一种可用于创面治疗的新型海藻酸盐基纤维敷料，以海藻酸、二氧化硅、羟基磷灰石为芯层流，氯化钙水溶液为皮层流，采用自制微流纺丝设备制备了海藻酸盐基复合纤维敷料，通过人体皮肤成纤维细胞和角质化细胞增殖及迁移实验研究了其生物毒性，对海藻酸盐纤维的降解性能、力学性能、体外的生物矿化进行了研究。结果表明：二氧化硅颗粒的加入使得海藻酸盐纤维敷料在降解过程中表面有矿物沉积，且表面呈现孔隙结构，有益于营养物质的运输及组织再生长；所制纤维敷料无细胞毒性；含有二氧化硅和羟基磷灰石颗粒的复合纤维比纯海藻酸盐纤维降解度降低20%左右，断裂应力提高约18%。
目前丝素基伤口敷料的研究主要集中于应用静电纺技术制备含功能性物质的理想伤口敷料。添加纳米金属和抗生素等功能成分虽可增强敷料的抗菌性，却引发了细胞毒性与抗药性，威胁生物体安全。基于此，从创造微湿伤口环境、增强抗菌性能、支持细胞生长和刺激伤口愈合4个方面，综述了近年来国内外通过新型技术、复合多组分材料和功能成分制备丝素基伤口敷料的研究进展；展望了以多组分天然材料为基材，利用新技术制备添加天然抗菌药物敷料的广阔前景，以期为丝素基伤口敷料的临床应用研究提供有益参考。
为提高海藻酸钠基支架材料的强度和生物相容性,以海藻酸钠(SA)和磷虾蛋白(AKP)构成聚电解质复合体系,通过低温诱导相分离-化学交联法制备SA/AKP支架材料,比较不同质量分数SA/AKP溶液制备的支架材料的结构形态、力学性能、孔隙率、透气性、吸水性及生物相容性。结果表明:在SA/AKP溶液质量分数为4%时,支架孔径在20~96 μm之间,孔径大小均一,形状规整;支架材料的孔隙率、透气性、液体吸收性随SA/AKP溶液质量分数增加而降低,断裂强度和断裂伸长率随SA/AKP溶液质量分数增加而增加,在质量分数为4%时,支架材料的孔隙率为86.4%,透气率为58.9%,且具有较高的强度与伸长;支架材料的细胞毒性等级为0级,具有优异的生物安全性。
为使细胞在静电纺纳米纤维支架上得到更佳的生长与黏附,采用改进的静电纺丝装置制备具有良好生物相容性的聚己内酯(PLC)/聚乙二醇(PEG)大孔径复合纳米纤维膜,探究纺丝溶液中溶质质量配比与溶液质量分数对纳米纤维膜形貌及性能的影响,确定最佳工艺参数;将最佳工艺条件下制备的纳米纤维膜初步应用于组织工程,并与传统静电纺丝装置制备的纤维膜进行细胞相容性对比分析。结果表明:当PLC和PEG的混纺质量比为80∶20,纺丝溶液质量分数为25%时,获得的PCL/PEG大孔径纳米纤维膜质量最好;与传统静电纺PCL/PEG纳米纤维膜相比,PCL/PEG大孔径纳米纤维膜更利于细胞的生长和增殖,更适合作为组织工程支架材料。
通过静电纺丝技术制备出不同质量比的聚乳酸聚己内酯/ 丝素蛋白（PLA-PCL/SF）复合纳米纤维膜支架，采用扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪对纳米纤维膜的形貌和结构进行表征，测试纤维膜的孔隙率和吸附性能。结果表明：PLA-PCL与SF 这2 种组分的质量比对复合纳米纤维膜的形貌有显著影响，质量比为90:10和70:30的纳米纤维表面分布着密集的孔洞；PLA-PCL/SF复合纳米纤维膜中SF 经甲醇处理后由无定形结构转变为β?折叠结构；随着复合纳米纤维膜中SF 含量的增加，纳米纤维膜的孔隙率和吸附性也逐渐降低。接触角实验和小鼠胚胎成纤维细胞（NIH-3T3）培养结果表明，SF的加入提高了纳米纤维膜的亲水性，有利于NIH-3T3细胞的黏附和增殖。
为研究取向纳米纤维的性能及取向纳米纤维对细胞生长的引导作用，利用可降解的聚乳酸和胶原蛋白为原料，通过静电纺丝方法制备了随机和取向排列的聚乳酸（PLLA）、聚乳酸 ∕ 胶原蛋白（PLLA ∕ Coll）纳米纤维支架材料。利用扫描电镜、红外光谱仪等研究了纳米纤维的形态结构、化学性能和力学性能等，并在其表面培养间充质干细胞（MSCs），研究细胞在不同的支架表面的生长形态。结果表明：取向纳米纤维具有较细的纤维直径，各向异性的结构性能，平行于纤维排列方向的润湿性能和优于垂直于纤维排列方向的断裂强度。复合 PLLA ∕ Coll 支架表面含有细胞识别基团，能增强细胞的黏附和增殖，培养在取向 PLLA ∕ Coll 纳米纤维支架上的 MSCs 呈现取向的纺锥形态，与体内 MSCs 的形态更类似。
针对聚氨酯（PU）力学性能较好，亲水性较差，细胞在其表面的黏附较少，不适宜单独作为血管组织工程支架材料的问题，为提高PU 纳米纤维支架的亲水性和生物相容性，通过静电纺丝制备不同比例的复合聚氨酯／胶原蛋白纳米纤维支架，利用扫描电镜、红外光谱仪等观察测试纳米纤维支架材料的形态结构、化学性能等；并在纳米纤维支架表面培养血管平滑肌细胞，通过扫描电镜观察细胞在支架表面的生长情况。结果表明：胶原蛋白的加入使纤维直径从453nm减小到了154nm，平均孔径尺寸从0.64 μｍ 降低到了0.28 μｍ，而且增加了细胞在其表面的黏附和增殖；当聚氨酯和胶原蛋白的质量比为3:1时，纳米纤维支架的拉伸强度最大，生物相容性最好，表面黏附生长的细胞最多。
为促进含银海藻酸盐纤维在医疗卫生领域的应用,开发具有高吸湿、强抗菌性的功能性医用敷料,介绍了国际市场上含银海藻酸盐纤维和医用敷料的主要品种、制备方法、产品性能及其应用领域;总结了含银海藻酸盐纤维和医用敷料在慢性伤口护理中控制创面感染增加细菌转阴率、抑制细菌增长减轻患者疼痛、促进伤口愈合缩短治疗周期以及降低治疗费用等方面的优良使用功效;总结了合理使用含银医用敷料过程中需要考虑的因素。结合全球各地的最新临床应用研究成果指出:含银海藻酸盐医用敷料在感染伤口、烧伤创面、手术切口、糖尿病足溃疡伤口、下肢静脉溃疡、压疮等创面护理中的应用价值。
为开发生物相容性好、安全有效性能稳定的医用纺织品,对医用纺织品及其原材料的种类、构成形式、物理性能、生物性能和优缺点进行了阐述,介绍了医用纺织品的常见制备加工技术、表面处理和化学改性技术的研究进展,分析了医用纺织品的未来发展需求和趋势,以及面临的主要问题和机遇。最后指出:天然和人工合成的生物材料正在被广泛用于医用纺织品中,这些材料因其易于加工、可降解性、良好的力学性能以及生物相容性,使得医用纺织品能够用于体内植入、软组织修复、医疗保健和卫生等相关领域;医用纺织品涉及多学科交叉领域,需要生物材料、纺织和医学临床的多学科人才团队协同创新。
为研究用于医用敷料的柔性金属电极的制备可行性和安全性,以涤纶非织造布为基布,通过丝网印刷技术,制备以锌为负电极、银为正电极的柔性微电流生物医用敷料。探讨了电极制备过程中的分散剂种类、分散剂含量及黏合剂含量对金属电极电学性能的影响,并分析了金属电极可能引起的细胞毒性问题。实验结果表明:丝网印刷技术能在基布表面均匀地负载锌、银微纳米颗粒;1%的羧甲基纤维素钠和0.5%的吐温-80分别作为锌、银颗粒的分散剂,能使金属颗粒具有良好的分散性;5%和15%的水性丙烯酸乳液分别作为锌、银金属电极的黏合剂,可使电极具有优良的电性能;当金属质量分数为0.5%~1.0%时,金属电极表现出良好的细胞相容性,可作为生物医用敷料为伤口提供外源性微电流。
为提高羧甲基化医用棉纱布的可溶性,发挥其止血作用,采用单因素法探究溶媒法制备工艺。考察了碱化预处理的碱液质量分数、碱化时间和醚化反应的氯乙酸质量分数、醚化时间和醚化温度等因素对棉纱布溶解性能的影响,确定出较佳制备工艺,并借助红外光谱仪、扫描电子显微镜对所制得的可溶性止血纱布进行表征。结果表明:在较佳的可溶性止血纱布制备工艺下,即碱化预处理时碱液质量分数为20%、碱化时间为30 min,醚化时氯乙酸质量分数为10.5%、醚化时间为4 h、醚化温度为70 ℃,棉纱布完全溶解所需时间为4 h;棉纱布发生了羧甲基化反应,羧甲基化后纤维直径增加。
为提高医卫用非织造布产品的使用性能，本文采用NaOH/H2O2一步法对棉纤维进行脱脂漂白，通过正交试验设计,利用极差分析法,确定最佳脱漂工艺，探讨先漂后刺和先刺后漂两种工艺对医卫用全棉水刺非织造材料吸水性、白度、强度、柔软性和透气性的影响。结果表明：最佳脱漂工艺参数组合为：时间60 min，浴比1:30，温度95 ℃；温度对纤维白度和吸水量的影响最大，时间对纤维强度的影响最大；使用最佳脱漂工艺参数得到的全棉水刺非织造布，其厚度、克重和断裂强度有所下降，吸水性明显上升；采用最佳脱漂工艺参数组合制备的先漂后刺全棉水刺非织造布的断裂强度和断裂伸长率较高，而采用先刺后漂全棉水刺非织造布的柔软性、透气性和吸水性更好。
针对医用口罩过滤材料呼吸阻力大、电荷易消失导致静电吸附有效时间短,且为一次性使用的应用现状,对医用口罩过滤材料的研发现状进行了综述。首先简要介绍了口罩的发展历史;重点概述了目前医用口罩熔喷超细纤维非织造布、纳米纤维膜、多功能复合纳米过滤材料及其制备技术的研究进展;从相关口罩专利申请、新材料及新技术研发角度探讨了医用口罩过滤材料发展趋势。认为过滤材料制备的纳米化,过滤材料多层复合的功能化,以及环保性和可重复消毒使用性是未来医用口罩的研发方向。
为推进非织造材料在医用防护材料领域的应用,系统综述了医用防护服用非织造材料的发展及新型非织造防护材料的种类和应用。介绍了纺粘非织造材料、熔喷非织造材料、纺粘-熔喷-纺粘复合非织造材料和闪蒸非织造材料的制备方法与防护特性,然后分别从覆膜非织造材料、复合非织造材料和功能非织造材料3个方面分析新型非织造防护材料的原理及性能特点,重点剖析不同防护材料的结构及其对病毒阻隔性和吸湿透气的影响。阐述了基于智能监测、温湿度调节和自消毒、自清洁智能材料在防护服上的应用,指出医用防护服未来有望向高防护性、高舒适性和智能化发展。
为优化医用防护服的结构设计,拓宽材料来源,提高其防护功能,对近期国内外医用防护服构造及功能的研究进展进行综述分析。对比了5种常用医用防护服面料的优缺点,比较了中国、美国和欧盟医用防护服标准以及世界主流品牌医用防护服性能的差异。聚四氟乙烯复合面料在满足防护要求的同时,舒适性更好;液体阻隔性是影响防护服防护功能的主要因素;医用防护服应满足中指圈设计、自粘合式拉链门襟以及胶条密合边缝的前沿设计要求。最后针对医用防护服亟待解决的问题,从国家、技术、防护服本身3个层面对医用防护服未来发展方向进行展望。
为深入了解医用防护服的研究现状,从医学需求出发,分析了经“三拒一抗”功能整理的纺粘-熔喷-纺粘(SMS)复合材料防护服、微孔薄膜/非织造布复合材料防护服、闪蒸法非织造布防护服以及正压生物防护服的使用场合、设计制备技术、结构功效特点以及防护机制。研究认为:SMS复合材料的舒适性较好,微孔薄膜/非织造布复合材料的防护性较好,而闪蒸法材料的综合性能优异,在舒适性和防护性之间达到了理想的平衡状态;医用防护服关键制备技术在于高性能聚四氟乙烯膜的规模化生产以及闪蒸工艺国产化技术的突破,同时,纳米技术可为新型材料的研制提供新的思路;正压生物防护服未来的发展方向为功能通用化、监控自动化和使用信息化。
传统静电纺纳米纤维常作为组织工程支架被用于修复缺损部位,往往必须借助外科手术有创植入,极大限制了其在生物医学领域中的应用。为促进静电纺丝技术的开发和应用,综述了静电纺短纤维的制备及其功能化的方法,分类介绍了功能化短纤维在诊断检测、治疗和组织工程这3个方面的生物医学应用;系统分析通过调节工艺参数、后续加工等方式保留静电纺纳米纤维膜的内在功能,以及基于其小尺寸和单分散性,避免纤维膜植入所造成的机体侵入创伤;最后,结合静电纺短纤维当前发展情形分析了其在生物医学领域应用中所面临的挑战和未来的发展前景。
为提高聚乙烯醇(PVA)/海藻酸钠(SA)医用敷料的抗菌性和耐水性能,采用黄连素(BR)为天然抗菌剂负载在医用敷料上,通过静电纺丝法制备PVA/SA/BR纳米纤维膜,并在氯化钙无水乙醇溶液中进行交联处理,对PVA/SA/BR纳米纤维膜的化学结构、抗菌性能、吸液性能以及力学性能进行表征与分析。结果表明:BR负载在PVA/SA纳米纤维上形成明显串珠,且与PVA/SA结合良好,氯化钙交联处理后PVA/SA/BR纳米纤维膜由网状变为平滑膜状;当BR质量分数为6%时,PVA/SA/BR纳米纤维膜断裂强度为1.76 MPa,其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为99.41%、97.89%;当氯化钙质量分数为4%,交联时间为4 h时,PVA/SA/BR纳米纤维膜的断裂强度为4.17 MPa,吸液倍率为1 257%。
为深入研究倒刺缝合线并促进其高品质产品的开发,对目前国内外倒刺缝合线的研究现状进行综述。首先回顾了倒刺缝合线的发展历程,并提出了其在临床医学实践中的性能要求;其次,详细分析了倒刺缝合线的材料、倒刺的几何形状和排列方式、止挡元件的结构及其与使用效果的相关性;此外,介绍了4种倒刺缝合线的制备方法,包括机械切割、激光切割、模具注塑和外加倒刺并固定;最后,概述了倒刺缝合线在整形美容及骨科、泌尿科、消化科、妇产科等其他外科手术中的应用和临床研究结果。研究表明,倒刺缝合线性能优良但仍存在相关临床并发症,指出了倒刺缝合线在材料、制备工艺、性能提高方面的发展方向以期在未来提供更好的产品。
为解决新冠疫情期间不同国家符合不同标准的防护口罩进入我国市场,造成公众对口罩过滤效率相关概念认识不科学、不全面的问题,系统介绍与比较了国内外认可度较高的GB 2626—2019、GB 19083—2010、美国42 CFR 84第K部分、EN 149:2001+A1:2009、EN 13274—7:2019等标准中过滤效率性能要求及测试方法。重点比对了这些标准中关于颗粒物过滤效率的性能要求与标记,以及测试方法中的预处理、测试条件、测试程序的异同点,并采用不同标准方法对部分口罩产品进行了试验验证。通过标准的比对研究与科学分析、实验验证,厘清防颗粒物口罩过滤效率性能要求与测试方法中的基本概念,促进社会各界全面了解国内外主流防颗粒物口罩标准中过滤效率的性能与测试方法要求,助力企业、检测机构以及政府等更好的对产品质量进行控制与监管。
为制备力学性能优异、无细胞毒性和耐穿刺性的小口径人造血管,采用静电纺丝技术结合浸泡脱管法制备了聚己内酯/聚氨酯(PCL/PU)小口径人造血管支架。借助扫描电子显微镜和万能力学拉伸机等对人造血管的形貌结构和力学性能进行测试,同时研究了人造血管支架的孔隙率、细胞毒性和耐穿刺性。结果表明:通过改变接收转辊尺寸,溶去内层聚乙烯吡咯烷酮模板进行脱管,即可得到内径为2、3、5 mm的小口径人造血管支架;通过调控成分比例和热粘结微观结构,可使PCL/PU人造血管支架的力学强度较纯PU纤维膜提高7倍,且横向和纵向均具有优异的拉伸力学性能;PCL/PU人造血管支架的细胞活力为94%,孔隙率为72%,与商用膨体聚四氟乙烯管支架相比,该人造血管穿刺后液体不会流出。
为深入了解防护口罩用非织造滤料的研究现状,分别介绍了纺粘非织造滤料、针刺非织造滤料和熔喷非织造滤料的应用基础与制备技术。归纳了电晕驻极技术、水驻极技术和热空气驻极技术的原理与特点,针对性地阐述了三类非织造过滤材料和驻极处理技术的国内外最新研究进展。分析了聚合物改性技术、驻极处理技术对非织造滤料过滤性能的影响。认为防护口罩用非织造滤料及其制备技术未来的研究方向是聚合物的改性技术、新材料的高速成网技术和驻极处理技术,并需完善相应的评价标准体系。
为进一步了解仿生材料结构与功能的关系,为体内骨整合设计一个有利的种植微环境,通过电化学沉积技术调控电解液中丝素蛋白(SF)的质量浓度,制备了具有纳微米多级结构的丝素蛋白/磷酸八钙(SF/OCP)复合涂层。研究了丝素蛋白质量浓度对SF/OCP复合涂层的表面形貌、力学性能、蛋白质吸附以及细胞增殖行为的影响。结果表明:随电解液中丝素蛋白质量浓度的增加,涂层表面孔洞直径由(19.96 ± 6.96) μm减小至(1.56 ± 0.22) μm, OCP晶体宽度减小至纳米级别((26.84 ± 8.2) nm);与纯OCP涂层相比,SF/OCP复合涂层(SF质量浓度为1.0 mg/mL)的弹性模量和硬度分别增加了约1.5和4.3倍;SF/OCP复合涂层选择性地增强了纤连蛋白(Fn)的吸附,经7 d的细胞培养后,SF/OCP复合涂层(SF质量浓度为1.0 mg/mL)表面的细胞活力是纯OCP涂层上的1.28倍。
为进一步提升再生丝素蛋白(RSF)在生物组织工程中的应用潜力,将RSF与脱细胞真皮基质(ADM)按照不同质量比溶于甲酸制成纺丝液进行静电纺丝。借助台式扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、差式扫描量热仪及CCK8试剂盒对纳米纤维的形貌、微细结构及生物相容性进行研究。结果表明:在固定RSF与ADM质量比为9∶1、纺丝液质量浓度为13 g/mL时,所纺制纳米纤维形态更规整,纺丝状态更稳定;当纺丝液质量浓度为13 g/mL时,随着纺丝液中ADM占比的提高,纺丝液的黏度逐渐上升,可纺性变差; ADM与RSF之间存在相互作用,使共混纳米纤维膜中的部分无规结构逐渐向β折叠结构转变; RSF/ADM共混纳米纤维膜具有良好的生物相容性。
为增强聚丙烯(PP)熔喷非织造材料的弹性以解决其用于过滤材料脆性大、抗拉性差的不足,以共混熔喷法制备了以丙烯基弹性体(PBE)为增强基的PBE/PP基纳微米纤维材料,测试了PBE/PP共混体系的热性能和熔体流变特性,分析了PBE质量分数和熔喷工艺对样品弹性和过滤性能的影响。结果表明,随着PBE用量增加到85%,该共混体系的熔融峰值从173.6 ℃降低到165.1 ℃,结晶度从39.0% 逐渐降低到9.8%;纤维直径在0.4~16 μm 之间呈现二值化分布特性,并且细纤维穿插与粗纤维间以组成立体迂曲的“嵌入”形态;随着PBE的质量分数增大到85%,纤维直径小于2 μm的纤维数量占比增大到68.3%,纵、横向弹性回复率分别增大到81.8%和79.1%,进而样品的过滤效率增大约1.8 倍,静水压增大到 4 699.6 Pa。
针对聚丙烯(PP)超细纤维材料韧性不足的问题,以聚酯(PET)和PP为原料,采用共混熔喷法制备了PP/PET双组分微纳米纤维熔喷非织造材料,研究了PP/PET双组分聚合物熔体的流动指数和热性能,并对制备样品的形貌特征和柔韧性进行分析。结果表明:样品形貌为典型的熔喷非织造材料结构特征,细纤维与粗纤维在水平方向上交错排列形成叠合形态;且随PET质量分数从8% 增大到15%,纤维的平均直径从5.52 μm逐渐降低到3.61 μm;在双组分纤维内,PET与PP之间有清晰相界面,且PET以直径为10~100 nm的微纤形式存在;样品的韧性得分随着PET质量分数的提高从29.91增到35.20。
为探究超细纤维非织造材料的叶脉仿生网络结构对其保液性能的影响,以聚乙二醇(PEG)共混改性聚丙烯(PP)为原料,制备了PEG/PP熔喷非织造材料,并对其纤维直径分布、不同直径的纤维数量和特征长度3个仿生结构特征参数,以及水蒸发速率和持液率进行测试与表征。结果表明:小于800 nm、800~2 000 nm和大于2 000 nm 3种尺寸纤维在水平方向上交错排列,形成非对称结构的三级水平分支网络;增大PEG质量分数和提高纺丝模头温度可增强小于800 nm纤维组成的三级分支网;样品特征长度与模头温度表现为线性正相关,水蒸发速率符合纺织材料的散湿变化规律;PEG质量分数从0%增大到15%时,PEG/PP的持液率从1 938.3%降低到1 313.1%。
为预测熔喷非织造布的过滤性能，提出基于属性约简和支持向量机的预测方法。运用粗糙集理论在ROSETTA 环境下对含有9 个参数的熔喷非织造纤网结构参数全集进行约简，得到6 个各含3 个参数的约简集。分别将参数全集及各个约简集作为输入建立基于支持向量机（SVM）和ＢＰ 神经网络（BP-ANN）的28 个过滤性能预测模型，运用交叉验证法进行模型结构参数优化。结果表明：以含厚度、纤维直径和孔径的约简集为输入，基于ＳＶＭ模型预测准确度最高；其对过滤效率和过滤阻力的预测精度均超过98%，且CV 值均小于2%，表明这3 个参数是影响熔喷非织造布过滤性能的核心要素；基于SVM 模型的预测准确度总体优于基于BP-ANN模型的。
为提高聚丙烯（PP）熔喷非织造材料表面的亲水性，针对PP表面化学惰性较大的缺点，通过氩气等离子体处理材料表面，然后进行丙烯酸接枝改性，获得了亲水性良好的PP熔喷材料。研究了不同气氛、处理电压和时间对等离子体处理的影响。同时，研究了接枝温度、时间和单体质量分数对丙烯酸接枝处理的影响。采用接触角测量仪、扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱仪分别测试了等离子体和接枝处理前后材料亲水性变化、表面形貌及基团的变化。结果表明：在氩气等离子体处理电压为150 V、处理时间为180 s的条件下处理后，当接枝时间为90 min、接枝温度60 ℃、丙烯酸单体质量分数为60%时，样品接触角从140°下降至32°，材料表面亲水性最好。
采用熔融共混法制备了质量比为100/0、75/25、50/50、25/75、0/100的熔喷非织造用PHBV/PLA共混材料，分别采用热重分析法（TG）、熔融指数法（MFI）、热台偏光镜法（POM）和毛细管流变法对共混材料的可纺性能进行了研究，并对其初生纤维的纺丝性能给予了初步评价。研究表明：PHBV的热稳定性差、加工窗口窄且熔体流动性差，PHBV/PLA共混材料的热稳定性和熔体流动性明显改善；PHBV结晶速率快, PLA对PHBV的结晶具有稀释作用；PHBV/PLA共混物为典型的切力变稀型流体，PHBV对温度和剪切速率变化敏感度高，PHBV/PLA共混材料的表观粘度随着PLA含量的提高而有所增大，但均小于纯PLA；PHBV纤维发粘现象严重，纺丝困难，随着共混材料中PLA含量的提高，纺丝性能提高，初生纤维表面变得光滑。
采用生物可降解性聚乳酸（PLA）为原料，采用熔喷工艺开发一种高性能过滤材料，并利用外置式电晕放电技术对材料进行驻极处理。分析讨论了驻极电压、驻极时间以及两电极之间距离等工艺参数对材料的表面电位、透气性及过滤性能的影响。采用扫描电子显微镜观察了驻极处理后PLA熔喷材料表面形貌结构的变化。结果表明：驻极后PLA熔喷材料表面粗糙度增加；材料在驻极电压增加过程中出现反极性充电现象。随着驻极电压和时间的增加，材料表面静电电位逐渐增加，然后又呈现下降的趋势。驻极处理后材料的透气性未出现显著变化；过滤效率显著提高。
为提高丝素蛋白(SF)材料的快速内皮化能力,解决血管组织工程面临的血栓和内膜增生难题,将具有双向调控血管细胞生长功能的降钙素基因相关肽(CGRP)通过静电相互作用引入丝素蛋白材料表面。首先选用含有2个羧基的己二酸(AA)与丝素蛋白分子进行反应,采用流延法制备AA改性SF膜,研究了改性SF膜的结构和膜表面对CGRP分子的加载能力。结果表明:随着AA质量占比的增加,SF的Zeta电位逐渐减小,当SF与AA的质量比由100:0变化为100:2.5时,SF的Zeta电位由-2.66 mV 下降至-5.4 mV;AA改性SF材料中引入了新的羧基和酰胺键,形成了以β-折叠结构为主的分子构象和Silk Ⅱ结晶结构;当SF与AA的质量比为100:2.5时,AA改性SF膜表面静电作用加载的CGRP含量比未改性SF膜提高了9倍。
为制备功能性丝素基仿生矿化材料，将丝素蛋白通过三聚磷酸钠（STP）磷酸化，从而在仿生矿化过程中促进钙离子吸附，利于更多的钙磷酸盐的形成和沉积。探究了体系中pH 值和三聚磷酸钠用量对丝素磷酸化的影响，分析了磷酸化对丝素蛋白二级结构、热性能、粒径及膜力学性能的影响；以磷酸化丝素为原料制备冻干丝素膜，采用交替矿化法，在其表面沉积形成羟基磷灰石（HA）；借助扫描电子显微镜和能量色散X 射线光谱仪，评价了矿化膜表面结构形态和钙、磷元素含量变化。结果表明：在pH 值为10 和 STP 质量为0.24 g 条件下，磷转移量达到67.1%，且磷酸化丝素膜对阳离子有较好的吸附效果，力学性能较空白样略有下降；经交替仿生矿化处理后，磷酸化丝素膜表面沉积的羟基磷灰石较空白样结构更规整。
为探讨离子液体共溶法对所制备丝素蛋白复合膜的结构与性能的影响，用离子液体1?烯丙基?3?甲基咪唑氯盐（［Amim］Cl）分别溶解脱胶蚕丝和聚乙烯醇粉末，然后将2 个溶解体系按不同质量比共混后倒入成膜器，经甲醇浸泡去除［Amim］Cl 后自然风干成膜。借助紫外分光光度计、X 射线衍射仪、扫描电子显微镜、光学接触角仪、紫外灯耐气候试验箱对复合膜的性能进行测试与表征。结果表明：［Amim］Cl 共溶法成膜可提高丝素蛋白与聚乙烯醇组分的相容性，成膜过程中丝素蛋白组分向膜的表面迁移，并主要以Silk II构象存在；随着复合体系中丝素蛋白配比的增加，复合膜表面粗糙度增加，膜的亲水性能提升，同时还加速了复合膜的光老化进程。
为改善再生丝素长丝力学性能差的问题，选用氯化钙-甲酸溶解体系溶解脱胶蚕丝制备浓度为15%的再生丝素溶液并采用湿法纺丝技术制备再生丝素长丝。研究结果表明：与传统的三元溶剂溶解丝素至分子水平有所不同，氯化钙-甲酸可在常温条件下溶解蚕丝，更重要的是在溶解过程中保留了原纤结构，在牵伸作用下再生丝素长丝的断裂应力较传统溶解方法提高了近1倍，纤维表面均匀光滑，在放线菌蛋白酶溶液中表现出相对缓慢的降解速度。该方法工艺简单，环境友好、高效，并可实现再生丝素长丝的连续制备。
为制备力学性能好、可加工性好、生物学性能好的骨组织支架材料，利用双重共轭静电纺装置制备了四种不同成分比例的柞蚕丝素（TSF）/聚乳酸（PLA）纳米纤维纱线。分别用SEM、红外光谱和细胞体外培养表征了纱线的形态、二次结构和生物学性能。结果表明：TSF含量为溶质的10%时，成纱的条干均匀，毛羽较少，纱线中纤维直径较小，机械性能有所改善。体外的细胞培养不同时间，TSF含量为溶质的10%的复合纳米纤维纱(PLTF)支架材料上的细胞具有较好的细胞形态和较多的细胞数量。因此，PLTF支架材料能够作为合适的支架用于骨组织工程。
采用CaCl2-Formid Acid ( FA)溶解体系溶解脱胶蚕丝形成丝素溶液，再将溶液干燥、去盐，将丝素膜二次溶液于FA溶液获得丝素浓度分别为4%、6%、8%的纺丝液。采用滚筒收集装置进行静电纺丝，讨论不同浓度的丝素溶液的纺丝性能。通过流变、SEM、红外以及体外降解等测试手段表征丝素纳米纤维的性能。结果表明：低浓度纺丝液（4%）的粘度较低，会出现不连续液滴，高浓度纺丝液（8%）所纺纤维直径较粗。本试验所用6%5%纺丝液形成的纤维成形效果良好，直径主要集中在150~250nm区域内。红外分析表明，经75%乙醇处理后会促进丝素分子构象的转变，即从α-螺旋构象向β-折叠的转变。降解实验表明，纤维在PBS、放线菌蛋白酶溶液中的纤维形态发生明显变化，具有可生物降解性。
京公网安备11010502044800号
