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新型纤维材料在生活中的应用情况调查

新型纤维材料在生活中的应用情况调查

纤维材料在医疗卫生方面的应用可以追溯4000年前,那时人们用棉、麻和毛发缝合伤口。随着社会的进步、经济建设的发展,人们生活水平的提高、科学技术的创造,纤维材料的应用已深入到疾病的诊断、治疗和预防,人体器官和组织的替代和修复以及卫生保健等各个领域。

生物医学工程科学技术的进展,涉及许多领域,包括生物、医学、化学、药物、材料、电子等学科;纺织、化纤材料也是其中之一,成为医疗卫生不可缺少的重要材料。

医学科学技术的进步,纺织新材料的应用,对人类寿命的延长和减少疾病的传播起到了重要的作用:如采用中安纤维的人工肾定期进行血液透析,可延长肾功能衰竭和尿毒症病人的生命最长可达20年以上;采用新型医用屏蔽织物可降低医务人员的交叉感染率2.5倍等。这充分说明纺织化纤材料在医疗卫生中的重要性。

近年来我罔产业用纺织品产量增加很快,据不完全统计,1988年为53万吨,到2000年增长到174万吨,平均年增长率为10.4%。其中医疗卫生用约为20万吨,占产业用纺织品总量的11.5%。

下面是收集到的几种新型人造纤维材料在医疗领域的应用和前景。

1.外科缝线

目前国内已能生产的医用缝线有丝线、尼龙丝、涤纶丝、聚乙烯线、聚丙烯丝以及小批量的甲壳素丝。但国产缝线的质量和同外先进水平比还有一定的差距,主要是质量不稳定、线号不齐,高档次的可吸收性缝线尚不能生产,缝线的质量还较差,主要靠进口。国产缝线仅有少量出口。

2.人工肾

人工肾主要用于治疗肾功能衰竭和尿毒症。利用透析、过滤、吸附、膜分离的原理排除体内过剩的含氮化合物,进行血液净化。据统计,世界各地思肾功能衰竭和尿毒症的病人约为50-150人/百万人。中国患者在100人以上/百万人,每年约有15万人发病,据1998年统计,透析病人约5000人。透析器主要为中空纤维,可用粘胶、醋醋、聚丙烯腊、聚矶等中全纤维制成,同内均已研究成功并投入小批量生产使用。但由于规模小、成本高,目前均从国外进口中空纤维组装成透析器后使用,使用量约占总耗量的15%,其余85%的透析器均从同外进口。

3.人工心脏机械瓣膜

人体心脏瓣膜先天或病变失灵后需用人工心脏瓣膜替代,以保持血液正常循环。人工心脏瓣膜需用织物和缝线固定,常用涤纶、聚丙烯、聚网氟乙烯纤维和碳纤维等。

我国心脏病患者约600万人,目前每年换心脏瓣膜者约6000人。其中采用同产品约占20% ,国外进口产品占80%。国产品有少量出口。

4.人工血管

人造血管可用丝、涤纶、聚网氟乙烯等纤维编织而成,主要用于血管硬化、血管瘤等疾病,每年需人工血管2万根左右,其中90%进口,国产品占10%。 2.5 人工肺

人工肺主要替代人肺的功能,调节血内氧气和二氧化碳的含量。有膜式和鼓泡式二种,可用中空纤维或微孔膜制成。主要用于心血管手术时的体外循环,膜式人工肺也用作急性呼吸衰竭的支持装置,目前国内每年需用3万台左右,膜式和鼓泡式各半,其中膜式90%进口。

5.一次性手术衣、帽、手术包

一次性手术用品对减少病菌交叉感染有重要作用, 特别是屏蔽性能好透气不透液的纺粘——熔喷复合非织造布(SMS)和水刺非织造布制成的手术服和手术包。中国一次性手术衣在上世纪八十年代已开始在大城市的医院中应用, 但普及率不高,特别是高性能的屏蔽工作服。

6.海藻纤维

海藻纤维主要成分为海藻酸钙, 可由海藻中提取的海藻酸钠碱性溶液进行湿法纺丝, 在含有钙离子的酸性凝固液中成形, 经水洗、拉伸、干燥而成。强度约为2cN/dtex, 湿强度很低。断裂伸长为10%。由于海藻具有能形成凝胶、高吸收、易去除等性能, 成为目前应用最广泛的伤门包裹材料之一。

7.甲壳素纤维

甲壳质是一种丰富的自然资源, 广泛存在于虾蟹等甲壳类动物中,可将虾蟹的甲壳, 除去色素、蛋白质等获得甲壳质粉末溶解后进行湿法或干法纺丝而得。干强度约1.6cN/dtex, 湿强度很低, 断裂伸长约为7.20%。由于甲壳素可生物降解, 具有良好的生物相容、粘合、柔软、抗菌防霉、吸湿保湿、促凝血等性能。因此甲壳素纤维可用作吸收缝线、人工皮肤及伤日包扎材料。

8.改性Lyocell纤维

Lyocell纤维是一种新型纤维素材料, 将天然纤维素溶解在有机溶剂甲基吗琳氧化物(NMMO)中, 经湿法纺丝而成。经化学改性而得到甲基纤维素纤维占它比海藻纤维具有更高的吸水性, 形成连续性较好的凝固, 从而易整片去除。

9.聚乳酸纤维

以玉米为原料, 经微生物发酵制成乳酸, 经聚合、熔法纺丝而得。通过不同的制造技术,控制其在土壤和水中的降解周期(2个月——2年)。由于聚乳酸纤维具有和涤纶相似的强度, 且具有可生物降解的性能, 可广泛应用于医用行业。

不仅是人造材料,天然材料现在也在随着人们不断地探索而焕发出新的生机与活力。

1.罗布麻纤维

罗布麻是一种野生植物,适于在盐碱、沙漠等恶劣的环境中生长,因主要生长在罗布平原而得名,又称野麻,分为红麻、白麻两种。我国生长罗布麻的土地大约有133万hm2,产量可达10万吨。罗布麻经剥麻和脱胶处理得到纺织纤维,纤维细软、表面光滑,长度为20~40mm,直径为12~17μm,单纤维断裂强度7.24cN/dtex,断裂伸长率为3.42%。罗布麻纤维吸湿、透湿性好、强度高,具有丝一般光泽和手感,重要的是其根、茎、叶含黄酮类化合物、强心甙等有药用价值的成分,具有一定的医疗保健性能。几百年前人们就开始将罗布麻纤维编织成衣,用于防治疾病。罗布麻含量为35%以上的保健服饰具有降压、平喘、降血脂等作用,能明显地改善临床症状。

罗布麻纤维的降压原理主要有两方面。一方面罗布麻纤维中的有效成分通过机体的皮肤渗透,作用于经络、气血、脏腑及局部病灶, 起到降压、改善人体微循环的作用。另一方面罗布麻纤维是一种远红外线辐射材料, 能发射出4~16μm的远红外光波,这种光波使人体内老化的大分子团产生共振而裂化重组,使细胞内钙离子活性增强,从而增强了细胞的活性,提高血液新陈代谢能力,达到降压的效果;这种远红外光波还能切断不饱和脂肪酸的二重键与三重键,减少血管内血脂数量,从而减少动脉硬化等疾病,增强人体免疫能力。

此外,罗布麻纺织品还有其他一些保健作用,如具有良好的抑菌性,对白色念珠菌、葡萄球菌、大肠杆菌等有明显的抑制作用,对皮肤病、褥疮、湿疹和妇科疾病有较好的防治作用,同时对感冒、慢性支气管炎等疾病也有一定的防治作用。

2.蚕丝

我国是蚕丝的发源地,蚕丝在我国已有6000多年的历史,目前已经成为重要的高级纺织原料。我国出产的蚕丝主要有两大类,一种是桑蚕丝,是桑蚕茧经缫丝工艺而得的蚕丝,这种蚕丝色泽白里带黄,手感细腻、光滑,线密度2.8~3.9dtex, 断裂强度为3.5cN/dtex;另一类是柞蚕丝,是用柞蚕茧生产出来的,柞蚕丝的断裂强度3~3.5cN/dtex, 湿强比干强下降23%~27%。蚕丝回潮率可达8%~9%, 吸湿达到饱和可达35%吸湿率,具有良好的吸湿性。

蚕丝是一种天然蛋白质纤维,含有18种氨基酸。其中丝氨酸有滋养皮肤,增加皮肤细胞活力,防止皮肤老化等作用;色氨酸和酪氨酸能吸收紫外线,对某些皮肤病具有治疗作用,且具有很好的生物相容性。18种氨基酸散发出的细微分子被誉为“睡眠因子”,它能使人的神经处于较安定的状态,促进睡眠质量。蚕丝对大肠杆菌的抗菌率为100%, 对金黄色葡萄球菌的抗菌率为96.38%,对硫化氢气体的除臭率为100%,对氨气的除臭率达到99%。蚕丝外部的丝蛋白里含有亲水侧链氨基酸的物质,能吸收人体排放的汗液及水分,经过纤维孔道传输到织物表面,散发到空气中去,极适合皮肤的各种生理功能的要求,对于皮肤疾病有治疗作用。蚕丝良好的医疗保健性能,使其在医疗保健纺织品领域应用广泛,现已用于外科手术缝合线、创面覆盖材料、透析膜、隐形眼镜、人工角膜、人工肌肉和人工皮肤等等。以桑蚕丝为原料编织的手术缝合线已有近百年的历史,这种缝合线在体内不会引起过敏或致癌。1957年我国首创研制了桑蚕丝人造血管并试用于临床, 经逐步改进和完善制造工艺现已能制成各种不同类型的人造血管。利用丝素膜经钴辐照消毒而成的创面保护膜适用于浅度烧伤、创伤和整形取皮区等皮肤缺损创面治疗。蚕丝同时也是一种理想的开发药物纤维的载体材料。蚕丝本身具有微孔结构孔孔尺寸和孔隙率可以调节,具有较大的药物控释范围,且蚕丝的氨基酸组成含有极性基团, 可以作为药物接枝的桥梁。研究人员已开发出多孔丝素膜。利用中草药的良好药效与特性,开发出富有中国特色的蚕丝药物纤维,对于拓宽丝绸产业的应用领域亦具有十分重要的意义。

3.竹纤维

竹纤维是以竹子为原料的纤维素纤维,是我国自主研发成功并已投入生产的纺织材料。竹纤维根据选材及加工工艺的不同,可分为竹原纤维和竹浆纤维。竹原纤维是将竹材通过物理机械或天然药物浸泡的方法分离出纤维素纤维;竹浆纤维则是竹材用化学的方法制成浆粕后纺丝制得,此法对竹子原料适应性强,主要采用溶剂法、粘胶法纺丝。

竹原纤维断裂强度为2.71~10.2cN/dtex,断裂伸长率为3.8%,竹浆纤维断裂强度为1.62~2.75 cN/tex, 断裂伸长率为14%。竹纤维的多孔结构以及大分子中含有羟基很易与水结合形成氢键,使其具有优良的吸湿透气性能。原纤

维的回潮率为7.03%,竹浆纤维的回潮率为12.11%;但竹原纤维的结晶度为72%,竹浆纤维的结晶度只有30%左右, 因此,竹浆纤维的吸湿效果好于竹原纤维。研究显示,竹原纤维的多孔隙网状结构以及表面有无数微细凹槽,使其导湿性能优于竹浆纤维。

竹纤维具有多种医疗保健功能,竹纤维中的“竹醌”成分使其具有抗菌、抑菌、防螨、防臭等特性,竹纤维对金黄色葡萄球菌的杀菌率在90%以上,对白色念珠菌的杀菌率在85%以上,且抑菌性不会对人体皮肤造成任何过敏性反应。竹纤维中含有紫外吸收剂,竹纤维织物对200~400nm 的紫外线透过为零,可以有效阻挡紫外线对人体的辐射。此外,竹纤维中负离子浓度高达6000个/cm3 , 相当于郊外田野的负离子浓度含量,使人体倍感清新舒适;竹纤维内部特殊的超细微孔结构能吸附空气中甲醛、苯、甲苯、氨等有害物质, 并消除不良异味;竹纤维远红外发射率高达0.87,蓄热保暖性大大优于传统纤维面料。

目前我国已实现了竹纤维的纺纱织造以及服装的生产,已有竹纤维纯纺和各种混纺产品,并根据竹纤维的天然抗菌抑菌性能,开发出了医院的护士服、手术服、口罩,病人的床被等医疗保健织物。因竹原纤维单纤维短, 纺纱性能和染色性能不好,其在纺织品中的应用受到限制,目前竹浆纤维应用更广泛一些,但是竹原纤维医疗保健功能优于竹浆纤维。研究发现,用竹原纤维加工的床上用品比棉织物具有更好的吸湿透气性、抗起球性、抗菌性,因此在家用纺织品产品中有广泛的应用前景。

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