設計用于與生物系統(tǒng)相互作用的生物材料——許多具有多功能特性——在與生物組織和器官接觸時，對提供診斷和治療能力起著至關重要的作用?；诶w維的醫(yī)療應用包括先進藥物輸送、支架和其他植入器械、組織再生支架和傷口護理。醫(yī)療進步的驅(qū)動因素意味著，為滿足廣泛的臨床需求，改進的生物材料配方以及加工方法，是開發(fā)和制造新型醫(yī)療產(chǎn)品形式的一個不斷增長的領域。

一些生物材料與其對現(xiàn)有纖維紡絲和紡織品加工方法的相容性已得到充分確立，而另一些則作為纖維或涂層的組分被結(jié)合在混合聚合物配方中。某些無機化合物可以直接轉(zhuǎn)化為纖維和織物，或者可以作為分散的納米粒子與纖維結(jié)合。通常，天然生物聚合物和合成聚合物被用作制造纖維和長絲的材料——單獨使用，或作為混合聚合物配方中的添加劑——織物和多孔涂層。

天然聚合物提供優(yōu)異的生物相容性，適用于一系列應用，包括傷口護理和組織工程，可分為：
多糖：例如藻酸鹽；纖維素，包括羧甲基纖維素（CMC）；再生纖維素；殼聚糖；果膠、透明質(zhì)酸和糊精。
多肽：例如膠原蛋白、明膠、纖維蛋白和各種形式的絲。

合成聚合物包括：脂肪族聚酯和共聚酯（包括PLA、PGA、PLGA、PCL、PHAs和PHBs）；聚酐；聚烯烴（包括PE、HDPE和UHMWPE，以及PP）；PVOH；聚酰胺、聚碳酸酯和聚氨酯。

生物聚合物的多功能性已得到公認，在這些合成聚合物中，PLGA的可控降解特性使其適用于藥物輸送應用，而PP的強度意味著它被廣泛用于縫合線和類似器械中。生物基合成材料（如BioPP）的開發(fā)也勢頭強勁。它們通常來源于甘蔗、糖蜜或植物油，可提供與PP相同的性能水平，并且針對生物基PP的研究和開發(fā)使其可用于生產(chǎn)纖維、薄膜和納米粒子。但需要進一步的研究來提高生物基含量并優(yōu)化商業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)。生物聚合物的廣度存在局限性，每種材料配方都需要考慮一系列因素：物理性能、法規(guī)要求、成本因素以及與適當纖維或紡織品制造平臺的相容性，以及應用的具體需求。

發(fā)展挑戰(zhàn)

開發(fā)用于臨床的生物材料可能會引發(fā)重大問題，特別是在不同規(guī)模下加工和制造成纖維和織物時，這通常需要專業(yè)技術、工藝改進和專業(yè)知識。這些因素會顯著增加開發(fā)成本并延長產(chǎn)品上市時間。關于滿足法規(guī)要求的關鍵問題需要在所有階段進行仔細規(guī)劃?；A設施有限（缺乏進行端到端生物材料開發(fā)的設施）可能是一個重大挑戰(zhàn)。

生物相容性可以在實驗室環(huán)境中進行研究，但長期的安全性和性能也必須得到解決。關于材料選擇的考量至關重要。海藻酸鹽和膠原蛋白等材料對加工條件（如溫度、pH值和離子強度）敏感，過度加工會使蛋白質(zhì)變性或改變分子結(jié)構(gòu)，從而影響材料的功能和性能。在加工過程中控制高親水性生物材料的水分含量也具有挑戰(zhàn)性，但對于在最終應用中保持其結(jié)構(gòu)完整性和性能至關重要。用于醫(yī)療應用的許多生物聚合物缺乏固有的機械強度，需要通過共混或交聯(lián)進行增強，以實現(xiàn)柔韌性和耐用性之間的必要平衡。

靜電紡絲與傷口護理/組織工程

迄今為止，用于生物材料和醫(yī)療產(chǎn)品的先進纖維和織物的主要工藝重點涉及電紡膜，特別是用于傷口敷料、傷口護理以及組織工程和再生。

正如Sara Baptista-Silva所指出的，“靜電紡絲方法被認為是生產(chǎn)適用于傷口敷料的納米纖維的最有效方法，因為該技術也適于長期向局部組織遞送生物活性化合物……”

考慮到由于持續(xù)使用抗生素而產(chǎn)生的多重耐藥細菌問題，他們指出開發(fā)具有納米結(jié)構(gòu)纖維的材料，這些材料可以容納具有抗菌性能的化合物。至關重要的是，在考慮藥物釋放時，“……考慮到各種材料的內(nèi)在功能和物理化學性質(zhì)的差異，選擇合適的材料或聚合物在設計和開發(fā)藥物釋放型紡織品中起著至關重要的作用。”

在考慮再生醫(yī)學和組織工程時，有與靜電紡絲非織造布相關的兩個因素，首先是：“具有高比表面積的超細纖維網(wǎng)絡類似于天然的細胞外基質(zhì)。具有遞送生物活性成分（如抗生素、生長因子和化療藥物）能力的非織造布已被證明可以加速或抑制組織再生和重塑過程中的某些活動。”然而，也有人指出，“由于孔徑小，細胞通過納米纖維的滲透仍然是這種方法的主要限制。”

靜電紡絲非織造布在這些醫(yī)療領域提供了顯著的優(yōu)勢——特別是考慮到上述與細胞外基質(zhì)的相似性——以及精確控制一系列參數(shù)（包括孔隙率和纖維直徑）的能力。話雖如此，靜電紡絲工藝在醫(yī)療和商業(yè)上都存在局限：相容的生物材料范圍有限以及大規(guī)模生產(chǎn)纖維的能力有限。

超越靜電紡絲的機遇

除了通過靜電紡絲從聚合物溶液生產(chǎn)納米纖維網(wǎng)之外，其他用途廣泛的纖維紡絲和織物成型方法常常被忽視，但它們有能力生產(chǎn)性能更好的產(chǎn)品。

這包括將生物材料濕法紡絲、干法紡絲、干濕法紡絲和凝膠紡絲成連續(xù)長絲或短纖維。對于熱塑性聚合物，熔體紡絲可有一系列醫(yī)療應用，例如在藥物輸送中控制釋放治療劑。根據(jù)應用情況，熔體紡絲可能具有成本效益，因為它適合大批量生產(chǎn)。

無論考慮到一系列參數(shù)后確定哪種生產(chǎn)工藝最合適，隨后都可以采用多種織物成型技術，具體取決于最終產(chǎn)品所需的結(jié)構(gòu)性能關系，并且可以實現(xiàn)高重現(xiàn)性和生產(chǎn)速度。干法成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)和紡絲成網(wǎng)非織造布，隨后進行適當?shù)睦w網(wǎng)加固，可以非常經(jīng)濟有效地由生物材料制成三維多孔織物，而這些生物材料用其他工藝制造可能具有挑戰(zhàn)性。

除了纖維和織物制造之外，紡織品基材及其制造材料也可以被改性。功能化是一個關鍵的創(chuàng)新領域。通過在分子水平以及纖維和織物水平上對生物材料進行改性，可以增強物理性能從而提高性能，定制材料以滿足精確的臨床需求。

結(jié)語

在考慮生物相容性以及生物材料設計開發(fā)的早期階段，與非織造布專家合作至關重要，他們擁有專業(yè)知識和設施來管理端到端原型制作需求，并為商業(yè)生產(chǎn)決策（例如圍繞可擴展性）提供建議。這需要具備管理聚合物配方、纖維、長絲、薄膜和涂層的能力，并進行性能驗證和基準測試。

將生物紡織品用于組織工程和再生醫(yī)學的主要障礙，是將最先進的紡織機械、新型生物材料和生物學進步結(jié)合起來，以創(chuàng)建結(jié)構(gòu)先進的組織、器官和電子紡織品。生物材料加工的發(fā)展為創(chuàng)新提供了一個令人興奮的前沿。除了生物材料配方外，將生物材料加工成最終紡織品形式的替代方法為改進診斷和治療設備奠定了基礎，這些設備滿足法規(guī)要求并重新定義患者護理標準。

來源：編譯自Nonwovens Industry雜志
     作者：Jack Eaton, NIRI

來源：榮格-《國際非織造工業(yè)商情》

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