醫(yī)療大健康用紡織品研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

唐文楊 陳定偉 吳展鵬 付馳宇 楊紅軍 夏治剛 徐衛(wèi)林

（1.省部共建紡織新材料與先進(jìn)加工技術(shù)國家重點實驗室，湖北武漢，430200；2.武漢紡織大學(xué)，湖北武漢，430200）

健康是人類的根本追求。隨著環(huán)境惡化等問題的加劇，威脅人類生命健康的疾病增多。根據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù)顯示，我國約有慢性病患者1.8 億人［1］。人口老齡化的社會發(fā)展趨勢進(jìn)一步對公共衛(wèi)生系統(tǒng)提出更大挑戰(zhàn)［2］。為了改善和提高全民健康水平，黨的十八屆五中全會從協(xié)調(diào)推進(jìn)“四個全面”戰(zhàn)略布局出發(fā)，提出“推進(jìn)健康中國建設(shè)”的宏偉目標(biāo)，圍繞疾病預(yù)防和健康促進(jìn)兩大核心開展了15 個重大專項行動，凸顯了國家對維護(hù)國民健康的高度重視和堅定決心［3］。

紡織品作為人類文明和社會發(fā)展的基石，是減少疾病傷害的第一道屏障。具有疾病預(yù)防、治療和保健功能的醫(yī)用紡織品，在醫(yī)療衛(wèi)生體系中占據(jù)著至關(guān)重要的一環(huán)。在紡織與醫(yī)學(xué)及其他相關(guān)科學(xué)交叉融合的推動下，不同醫(yī)用紡織品應(yīng)運(yùn)而生，包括衛(wèi)生用品類（尿布、衛(wèi)生巾、消毒濕巾）、醫(yī)用防護(hù)類（口罩、手術(shù)衣、防護(hù)服）、醫(yī)用輔料類（紗布、繃帶、創(chuàng)口貼）等［4-6］。根據(jù)Scopus 數(shù)據(jù)，過去10 年內(nèi)全球新增“biomedical textile”相關(guān)的研究成果51 635 篇，其中中國占34%，位居全球首位。然而，我國醫(yī)用紡織品的研發(fā)和應(yīng)用與國際先進(jìn)水平相比，尚存在較大差距，主要在于市場規(guī)模小、標(biāo)準(zhǔn)的缺失，使其難以融入五大醫(yī)用紡織品市場（美國、歐盟、加拿大、日本、澳大利亞）。

為加強(qiáng)醫(yī)用紡織品的創(chuàng)新，國家出臺一系列利好政策（約10 項）［7］。同時學(xué)術(shù)界和工業(yè)界已取得多項研究成果，包括體外智能可穿戴醫(yī)用紡織品、體內(nèi)植入性醫(yī)用紡織品，但部分產(chǎn)品存在加工難度高、舒適性差等問題，難以得到規(guī)?；瘧?yīng)用［8］。發(fā)展新型材料、技術(shù)、工藝已成為醫(yī)用紡織品行業(yè)的必然趨勢。為此，本文綜述醫(yī)用紡織品的最新研究進(jìn)展和未來發(fā)展趨勢，列舉用于醫(yī)用紡織品的材料種類、制備方法，總結(jié)用于體外和體內(nèi)的醫(yī)用紡織品的作用機(jī)制、關(guān)鍵技術(shù)和臨床應(yīng)用領(lǐng)域，希望對醫(yī)用紡織品的發(fā)展提供新的見解和參考。

1 生物醫(yī)用紡織品概述

生物醫(yī)用紡織品，廣義來說是將醫(yī)用紡織材料依托成形技術(shù)（紡絲、針織、機(jī)織、編織、非織造）制造成一維（纖維、紗線）、二維（平面織物）、三維（立體織物）的纖維集合體［9］，如圖1 所示。

圖1 典型醫(yī)用紡織品原料、成形技術(shù)和應(yīng)用

1.1 生物醫(yī)用紡織材料類型

目前常見的生物醫(yī)用紡織材料包括兩類：一類是生物質(zhì)高分子類，如纖維素及其衍生物（棉、麻）、甲殼素及其衍生物（殼聚糖）、海藻酸、蛋白（絲素蛋白、羊毛角蛋白）；另一類則是合成高分子類，如聚丙烯、聚氨酯［10］。各材料性能不同，其適用的加工方式和應(yīng)用領(lǐng)域也不同。

1.1.1 生物質(zhì)高分子

纖維素類醫(yī)用紡織材料是由葡萄糖組成的天然高分子聚合物，是世界上蘊(yùn)藏量最豐富的天然多糖類化合物［11］。常見的纖維素纖維材料包括棉、麻以及纖維素制成的再生纖維（萊賽爾、莫代爾）。其中，棉因其纖維素含量高（接近100%）、柔軟、親水性強(qiáng)等優(yōu)勢，被認(rèn)為是衛(wèi)生保健領(lǐng)域里最為合適的基礎(chǔ)材料之一，常用于傷口敷料、一次性衛(wèi)生用品等［12］。

除纖維素多糖，科學(xué)家在海洋生物中也提取到了多糖大分子用于生物醫(yī)用材料。甲殼素是一種典型的海洋生物質(zhì)多糖，可從螃蟹、蝦殼或昆蟲外殼中提取得到，具有優(yōu)異的生物降解性、細(xì)胞相容性、無毒性、吸附性，可制成隱形眼鏡、人工皮膚、縫合線、人工透析膜和人工血管等醫(yī)療用品。將甲殼素進(jìn)一步脫乙酰處理55%以上得到的殼聚糖，其分子結(jié)構(gòu)中的氨基比甲殼素分子中的乙酰氨基基團(tuán)反應(yīng)活性更強(qiáng)，使得該多糖具有優(yōu)異的生物學(xué)功能并能進(jìn)行化學(xué)修飾反應(yīng)［13］。類似地，從藻類植物中也可提取具有相似功能的海藻酸鈉多糖大分子。海藻酸鈉纖維可制作各種劑型的止血產(chǎn)品，包括止血海綿、止血紗布、止血薄膜、燙傷紗布等［14］。

蛋白質(zhì)類生物醫(yī)用材料通常指動物的毛發(fā)（羊毛）、昆蟲腺分泌物中得到的纖維（蠶絲、蜘蛛絲）或提取的蛋白（角蛋白、絲素蛋白）。例如，從蠶絲中提取的絲素蛋白，因其氨基酸的基本組成成分與人體具有優(yōu)異的生物相容性，是最為常用的蛋白質(zhì)生物材料之一。同時，絲素蛋白具有良好的理化性質(zhì)，如機(jī)械強(qiáng)力、柔韌性、透氣透濕性和緩釋性，已應(yīng)用在外科縫紉線、人造組織、藥物載體等多個領(lǐng)域［15］。

1.1.2 合成高分子

為彌補(bǔ)生物質(zhì)纖維強(qiáng)力低、耐腐蝕差等局限，合成高分子纖維材料被相繼開發(fā)，包括聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、聚酯（PET）、聚乳酸（PLA）、聚乙烯（PE）等［16］。以PP 為例，它具有密度最低（商用聚酯材料中）、化學(xué)穩(wěn)定性高、耐高溫、耐磨、機(jī)械性能強(qiáng)等優(yōu)點，是常用的醫(yī)用合成纖維材料之一；又因其成形性良好，可加工成長絲、短纖維和非織造布，常用于一次性醫(yī)療衛(wèi)生用品、手術(shù)縫紉線、人工臟器等方向。

1.2 生物醫(yī)用紡織品成形技術(shù)

生物醫(yī)用紡織材料最終會制備成醫(yī)用紡織品，是為了改進(jìn)它們的應(yīng)用性能、精準(zhǔn)匹配應(yīng)用場景、擴(kuò)大應(yīng)用范圍。醫(yī)用紡織品的制備主要包括兩個階段。首先，纖維是制備紡織品的基礎(chǔ)，可直接或間接地從各種天然或合成聚合物中生產(chǎn)出來。直接法是通過從天然原料中直接剝離、抽取出可用于加工的纖維，例如棉、羊毛等；間接法包括利用熔體紡絲、干法紡絲和濕法紡絲技術(shù)，是將熔融或溶液狀的高分子聚合物制成尺寸可控的纖維或長絲。然后，采用紡紗、織造、非織造、編織或其他紡織成形技術(shù)，將獲得的纖維或紗線加工成具有預(yù)定形狀、孔隙率和機(jī)械性能的各種醫(yī)用紡織品。

1.2.1 紡絲技術(shù)

靜電紡絲已廣泛用于制備醫(yī)用紡織纖維與長絲原料。靜電紡絲的優(yōu)點之一是可以制造用于植入性和組織工程的纖維紗線或膜。傳統(tǒng)纖維的直徑過大（大于10 μm），導(dǎo)致制備的醫(yī)用紡織品不可避免地存在不理想的細(xì)胞相互作用和治療效果。因此，通過靜電紡可改善傳統(tǒng)微纖維生物紡織品的結(jié)構(gòu)和性能，制備的納米纖維因其超細(xì)的纖維和超高的比表面積，有利于細(xì)胞黏附。例如，ZHANG X 等人將I 型牛皮膠原蛋白和甲殼素分別添加到家蠶絲素蛋白中，制備的靜電紡纖維可以支持細(xì)胞黏附以及體外人表皮角質(zhì)形成細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的增殖［17］。

濕法紡絲是生產(chǎn)生物醫(yī)用合成纖維最傳統(tǒng)的方法。首先需將聚合物溶解在合適的溶劑中而不被降解。在凝固之前，聚合物溶液由齒輪泵強(qiáng)制通過噴絲頭的細(xì)孔，噴絲頭浸沒在非溶劑中，使流出的聚合物溶液與凝固浴直接接觸，從而從聚合物溶液中除去溶劑，最終在紡絲浴中凝結(jié)并形成長絲。纖維性能主要受浴液與纖維之間反應(yīng)的影響，因此可使用添加劑來控制凝結(jié)和再生速率。MARSANO E 等人研究了從離子液體溶液中紡制纖維素-絲素蛋白共混纖維的可行性［18］。PHILLIPS D 等人研究了在濕法紡絲中絲膠蛋白促進(jìn)絲素蛋白分子鏈取向的機(jī)理，從而提高纖維的機(jī)械性能［19］。

1.2.2 織造技術(shù)

織造技術(shù)包括針織、機(jī)織和編織，可將纖維、長絲、紗線制備成具有一定形態(tài)的纖維基織物制品。這些織物紡織品已有各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，例如人體關(guān)節(jié)的增強(qiáng)和重建、韌帶和椎間盤的置換。在心血管疾病的治療中，織物也已被用于心臟支持裝置、組織再生血管移植物和用于經(jīng)皮植入的人工心臟瓣膜。FREITAS A 等人利用緯編針織物成功制備了聚丙烯動脈支架，使用圓機(jī)制備，通過改變線圈長度和織物線圈密度來調(diào)整支架結(jié)構(gòu)的松緊度，從而改變樣品直徑［20］。機(jī)織物具有尺寸穩(wěn)定的優(yōu)勢，多被用于組織再生的支架制備。例如HAN F 等人基于蠶絲平紋織物，利用絲心蛋白作為支架，為不同的軟組織再生實現(xiàn)了優(yōu)異的微環(huán)境［21］。

1.2.3 非織造技術(shù)

非織造成形技術(shù)是通過機(jī)械、熱或化學(xué)方法將纖維或長絲纏繞加固形成具有定向或隨機(jī)取向的纖網(wǎng)結(jié)構(gòu)。非織造工藝生產(chǎn)周期短、成本低，同時產(chǎn)品具有含水性好、比表面積大的優(yōu)勢，常被用于一次性衛(wèi)生用品、口罩、防護(hù)服、傷口敷料等。GIL E 等人將銀納米粒子混合到家蠶絲素蛋白非織造布中，制備的傷口敷料具有優(yōu)秀的抗菌性能［22］。此外，CAUSIN F 等人還證明了來自蠶繭的非織造絲纖維網(wǎng)狀支架具有抗血栓性能，對高剪切應(yīng)力和血流沖擊具有良好的抵抗力［23］。

從上述分析可知，單一材料或制造方式無法滿足醫(yī)療領(lǐng)域的需求。因此在實際生產(chǎn)制造過程中，往往需要協(xié)同多種纖維材料以及成形技術(shù)，同時結(jié)合功能化改性（表面化學(xué)處理、表面物理改性和生物改性），對材料的性能進(jìn)行調(diào)控和修飾，實現(xiàn)功能的定項設(shè)計。最終形成的生物醫(yī)用紡織品根據(jù)臨床應(yīng)用的領(lǐng)域不同，通常被分為植入性紡織品、非植入性紡織品、體外裝置用紡織品和衛(wèi)生保健用紡織品，相關(guān)研究人員對此已進(jìn)行了詳細(xì)的概括?？傮w而言，這些生物醫(yī)用紡織品主要作用于人體的體外和體內(nèi)，因此也可分類為體外醫(yī)用紡織品和體內(nèi)醫(yī)用紡織品，故下文將利用經(jīng)典應(yīng)用案例介紹這兩大類產(chǎn)品的研究進(jìn)展，重點闡述具有智能化高端醫(yī)用紡織品的發(fā)展現(xiàn)狀。

2 體外醫(yī)用紡織品分類及研究現(xiàn)狀

體外用生物醫(yī)用紡織品指的是作用于人體體表或外部，以達(dá)到疾病預(yù)防、監(jiān)護(hù)、治療康復(fù)、保健等目的。本文重點分析防護(hù)型（抗菌抗病毒、防輻射）、傳感監(jiān)護(hù)型（物理傳感、化學(xué)傳感）、體外治療型（聲光熱理療、傷口敷料）和保健型（溫濕度調(diào)控）體外醫(yī)用紡織品的研究現(xiàn)狀。

2.1 防護(hù)型醫(yī)用紡織品

防護(hù)用品是指為了保護(hù)人體安全與健康所必備的一種防御性裝備，對于減少危害起著相當(dāng)重要的作用。例如對于醫(yī)護(hù)人員和病人而言，在環(huán)境中接觸攜帶病毒的血液、體液、分泌物、排泄物的風(fēng)險極高，需使用防護(hù)或隔離材料來保障安全，如口罩、防護(hù)服、手術(shù)罩等。當(dāng)新型冠狀病毒疫情肆虐全球，細(xì)菌和病毒儼然成為全球殺傷力最強(qiáng)的疾病來源之一，是威脅人類健康的重要因素。研究表明，佩戴外科口罩可以有效地降低感染風(fēng)險。但大多數(shù)口罩為一次性使用產(chǎn)品，在廢棄處理過程中容易引發(fā)二次污染，因此研制抗菌抗病毒紡織品意義非凡。基于上述需求，本團(tuán)隊在高溫有機(jī)溶劑體系中，以PP 非織造布、棉織物為口罩載體，在其表面快速原位合成氧化亞銅納米粒子，實現(xiàn)了優(yōu)異的抗菌抗病毒活性，對脊髓灰質(zhì)炎和甲型H1N1 流感病毒的抗病毒性能高達(dá)99.9%；且該制備方法對多種抗菌抗病毒納米粒子在非織造布表面的合成具有普適性［24］。目前口罩的設(shè)計聚焦于防護(hù)性能的提升，然而口罩的生產(chǎn)消耗了大量的不可再生石油資源，同時也造成了每天25 萬t 的固體污染，提升口罩的綠色生產(chǎn)和清潔處置仍面臨巨大挑戰(zhàn)。

2.2 傳感監(jiān)護(hù)型醫(yī)用紡織品

傳感監(jiān)護(hù)型醫(yī)用紡織品是將電子器件集成到紡織品中，實現(xiàn)感知、反應(yīng)和環(huán)境刺激下的互動，具有電子產(chǎn)品的功能和紡織品的佩戴舒適性，可收集與人類健康相關(guān)的數(shù)據(jù)，因此在疾病診斷、生理監(jiān)測等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。柔性傳感器是智能監(jiān)護(hù)型紡織品的關(guān)鍵組件，可將外界刺激轉(zhuǎn)換成電信號（電阻、電流、電容、電壓）的形式輸出。傳感器的關(guān)鍵性能指標(biāo)包括靈敏度、應(yīng)變范圍、響應(yīng)速度、遲滯回復(fù)性以及耐久性。根據(jù)外界刺激類型的不同，可將傳感監(jiān)護(hù)類型分為物理傳感型和化學(xué)傳感型兩大類。

2.2.1 物理傳感型

物理傳感型生物醫(yī)用紡織品是指能夠?qū)ξ锢恚Α囟?、濕度、氣體）變化做出響應(yīng)，從而收集和量化人體生理狀態(tài)，以期能實時提供疾病監(jiān)控和診斷服務(wù)的可穿戴紡織品。常見的類型有應(yīng)力應(yīng)變傳感，可用于感知心跳、脈搏、呼吸等生理過程；溫度傳感，用于監(jiān)測人體體溫等。

應(yīng)力應(yīng)變傳感是利用人體生理信號的強(qiáng)弱或頻率的不同來實現(xiàn)信號的傳遞。例如一種聚酰胺/聚丙烯腈復(fù)合非織造布用于呼吸暫停綜合征的監(jiān)護(hù)，利用呼吸程度不同導(dǎo)致信號強(qiáng)度和頻率差異，可用于監(jiān)測病人是否咳嗽、呼吸暫停等，并實現(xiàn)自動預(yù)警［25］。筆者團(tuán)隊受燈心草纖維分形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，制備了一種基于生物質(zhì)的柔性靈敏應(yīng)變傳感器，該傳感器具有較高的靈敏度（24.95～76.79）和600%的可拉伸范圍，能準(zhǔn)確跟蹤人體的超微生理信號（心跳、脈搏、呼吸等）以及運(yùn)動狀態(tài)（奔跑、跳躍等）［26-27］。為了解決傳感器剛性電源的限制和保障柔性傳感器的可穿戴舒適性，筆者團(tuán)隊受DNA 雙螺旋穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，通過摩擦包芯紡紗技術(shù)，研發(fā)了一種基于液態(tài)金屬的雙螺旋包芯紗線，實現(xiàn)了柔性紗線傳感器的大量生產(chǎn)，用于人體運(yùn)動監(jiān)護(hù)、能量收集和熱管理［28］。由于紗線穩(wěn)定的雙螺旋和多級結(jié)構(gòu)，紗線及其織物表現(xiàn)出柔韌、透氣和耐水洗的綜合優(yōu)勢。體溫是另一個可以評價人體健康狀態(tài)的生理指標(biāo)。實時和連續(xù)的皮膚溫度監(jiān)測對預(yù)測人體的認(rèn)知狀態(tài)和環(huán)境，以及疾病的早期診斷至關(guān)重要。LIN M 等人開發(fā)了一種基于親水性絲素蛋白的溫度傳感纖維，利用傳感器的溫敏特性，對溫度的變化能夠線性和快速響應(yīng)，具有0.016 36 °C-1的熱響應(yīng)特性，并具有217%的可拉伸性，可用于原位生理信號和體溫的快速監(jiān)測［29］。然而由于始終受到傳統(tǒng)制備方法和基材的限制，難以同時滿足超高靈敏度、廣泛應(yīng)變尺度、快速響應(yīng)等基本要求，因此實現(xiàn)全范圍生理信號監(jiān)測一體化仍存在困難。

2.2.2 化學(xué)傳感型

化學(xué)傳感型生物醫(yī)用紡織品是指能夠?qū)⑷梭w代謝產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可分析的生理信息，以彌補(bǔ)物理傳感器未能通過提供生物化學(xué)線索了解人體健康狀態(tài)的局限。該類型的傳感器已被開發(fā)應(yīng)用于唾液、汗水、血糖、pH、尿酸等代謝產(chǎn)物的監(jiān)測。ZHAO C 等人開發(fā)了一種頭戴式柔性傳感紗線用于汗液中乳酸、鈉離子濃度的監(jiān)測［30］。該傳感器具有生物相容性、制備簡易、監(jiān)測濃度范圍廣（乳酸0 mmol/L～25 mmol/L，Na+0.1 mmol/L～100 mmol/L），可覆蓋人體的生理活動范圍。為了實現(xiàn)自供電監(jiān)測血糖，有課題組首次將熱電纖維（電源）和生化傳感纖維（傳感器）有機(jī)結(jié)合，借助人體和外界溫差發(fā)電并成功驅(qū)動葡萄糖傳感器工作，實現(xiàn)了智能可穿戴柔性織物“一站式”的傳感服務(wù)［31］。與傳統(tǒng)的剛性化學(xué)傳感器相比，基于纖維的化學(xué)傳感器具有優(yōu)異的可變形性的優(yōu)點以及良好的機(jī)械性能和可植入性，然而因其長期作用于人體表面，對耐久性、細(xì)胞相容性、致敏性、毒性等指標(biāo)的評價是其未來商業(yè)化發(fā)展的重點方向。

整體而言，傳感監(jiān)護(hù)型生物醫(yī)用紡織品得到了發(fā)展，但許多技術(shù)仍停留在研究階段，商業(yè)鏈完整性亟待增強(qiáng)。就技術(shù)而言，傳感器本身的穩(wěn)定性、耐磨損性、高保真測量等還需要進(jìn)一步提高。而從整個產(chǎn)業(yè)鏈配套來說，柔性電路剛?cè)徇B接、生產(chǎn)自動化等環(huán)節(jié)也需要跟進(jìn)步伐。

2.3 治療型醫(yī)用紡織品

體外治療型醫(yī)用紡織品是直接或者間接作用于人體皮膚表面，用于充當(dāng)傷口臨時屏障，防止感染或促進(jìn)組織修復(fù)和愈合的一類材料，常見種類有傷口敷料、繃帶、紗布等。周應(yīng)山教授等人以殼聚糖等為基礎(chǔ)，通過接枝改性，利用電紡絲-光固化聯(lián)用技術(shù)，構(gòu)建具有水性條件下穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的天然高分子基納米纖維材料，實現(xiàn)全水系中性pH條件下的天然高分子納米成纖與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，完全替代現(xiàn)有高毒試劑紡絲及交聯(lián)工藝，有望作為細(xì)胞支架在組織工程領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用［32］。該團(tuán)隊進(jìn)一步以殼聚糖為基礎(chǔ)，通過紡絲、結(jié)構(gòu)及形態(tài)重構(gòu)等技術(shù)，構(gòu)建出一系列具有超高、超快吸收能力的纖維凝膠材料［33］。該纖維凝膠材料與血液接觸后形成物理封閉層，更為致密，利于止血。同時該纖維結(jié)構(gòu)上帶正電荷的氨基與血紅細(xì)胞表面帶負(fù)電荷的磷脂基團(tuán)靜電吸引產(chǎn)生的相互作用，促進(jìn)了血紅細(xì)胞的黏附和聚集，從而促進(jìn)止血。

利用物理作用（電、光、聲、力等）達(dá)到理療目的的紡織品在關(guān)節(jié)和組織修護(hù)等領(lǐng)域也扮演著十分重要的角色。運(yùn)動員、老人和幼兒等人群可能經(jīng)常受傷，引起關(guān)節(jié)疾病，如組織腫脹和肌肉僵硬。焦耳熱、紅外光是典型的緩解這些癥狀的方法，其作用是產(chǎn)生熱量使血管系統(tǒng)以及周圍的膠原組織被加熱以驅(qū)動血液流動，緩解疼痛，減少關(guān)節(jié)麻木［34］。筆者團(tuán)隊研制的液態(tài)金屬內(nèi)置式雙螺旋包芯紗機(jī)織物和石墨烯/聚吡咯燈心草機(jī)織物［35］，利用液態(tài)金屬的高導(dǎo)電性和石墨烯高導(dǎo)熱性，可使織物展現(xiàn)出優(yōu)異的電熱響應(yīng)性能，在關(guān)節(jié)熱理療等方面有巨大潛力。隨著研發(fā)實力和工業(yè)基礎(chǔ)的提升，治療用醫(yī)用紡織品將面向智能化、多功能化邁進(jìn)。

2.4 保健型醫(yī)用紡織品

保健是指保持和增進(jìn)人們的身心健康而采取的有效措施。其中，熱濕舒適對人體生理和心理健康起著至關(guān)重要的作用，對人體舒適感的貢獻(xiàn)率約占61.5%［36］，因此近些年來具有舒適調(diào)控的保健型醫(yī)用紡織品得到了發(fā)展。傳統(tǒng)的舒適調(diào)控手段是通過增減衣物，但普通織物在炎熱夏季無法管理紅外輻射和汗液蒸發(fā)。舒適調(diào)控醫(yī)用紡織品可根據(jù)環(huán)境和人體的溫度或濕度呈現(xiàn)響應(yīng)變化，從而提高個體熱濕舒適性。根據(jù)調(diào)控類型的不同，舒適調(diào)控醫(yī)用紡織品可分為熱舒適管理（輻射調(diào)溫紡織品、相變調(diào)溫紡織品、智能響應(yīng)調(diào)溫紡織品）和濕度舒適管理（水分管理紡織品）兩大類［37］。

2.4.1 熱舒適管理

輻射制冷是一種利用大氣透明光譜窗口，將熱量直接輻射到外層空間，從而有效降低體表溫度的方法。大多數(shù)輻射冷卻結(jié)構(gòu)（薄膜、涂層和油漆等）仍然導(dǎo)致空氣-水滲透性弱和耐磨性不足，限制了這些材料被用于人體熱管理。為了解決穿著舒適性問題，ZENG S 等人［38］設(shè)計了一種由氧化鈦-聚乳酸（TiO2-PLA）復(fù)合編織織物與聚四氟乙烯（PTFE）薄膜復(fù)合的超構(gòu)織物。通過可擴(kuò)展的工業(yè)紡織織造路線，研究出的復(fù)合織物展現(xiàn)出理想的機(jī)械強(qiáng)度、防水性和商業(yè)服裝的透氣性，同時保持有效的輻射冷卻能力。實際應(yīng)用試驗表明，該復(fù)合織物覆蓋的人體溫度比商用棉織物覆蓋的人體溫度低4.8 ℃。

相變材料是用于個人熱管理的重要功能材料之一，以潛熱形式吸收或釋放大量能量為人體降溫或加熱。筆者團(tuán)隊創(chuàng)新提出新型液流紡技術(shù)制備了相變石蠟材料內(nèi)置式包芯紗，實現(xiàn)了熱防護(hù)紗線的批量化生產(chǎn)［39］。該包芯紗制備的織物在冷熱場景測試時，表現(xiàn)出優(yōu)異的調(diào)溫性能，在熱環(huán)境中與其他商業(yè)相變織物相比低9 ℃，可用于極端溫度的熱防護(hù)；同時該織物具有良好的透氣性，高耐用性，可承受10 000 次的循環(huán)磨損而不發(fā)生斷裂和泄露。

ZHANG X 等人［40］報道了一種碳納米管包覆的纖維素纖維基智能響應(yīng)調(diào)溫紡織品。纖維本身在溫度和濕度的作用下因電磁耦合效應(yīng)膨脹和收縮，改變了纖維的間距，加速人體在濕熱環(huán)境下進(jìn)行更好的熱交換，從而有效地將紅外輻射調(diào)節(jié)至35%（現(xiàn)有服裝僅調(diào)節(jié)至5%）。JIA T 等人開發(fā)了一種可感知皮膚表面濕度的智能蠶絲織物，通過調(diào)節(jié)宏觀形狀或孔隙率實現(xiàn)熱量管理，當(dāng)外界氣溫偏高時，襯衫的袖子會在幾秒內(nèi)自動從手腕卷到肘部，當(dāng)溫度降低時，袖子自動復(fù)原，為人們提供更多的舒適體驗［41］。

2.4.2 濕度舒適管理

濕度舒適管理又稱為汗液管理或水分管理，通常與熱管理相輔相成?，F(xiàn)有的可穿戴設(shè)備存在不理想的表皮舒適性或生物相容性，尤其是那些在潮濕環(huán)境中使用的電子紡織品，例如用于監(jiān)測濕度、尿液和汗液的電子設(shè)備，會對皮膚舒適性產(chǎn)生不利影響。因此，智能醫(yī)療紡織品在滿足功能化的前提下，應(yīng)兼具濕熱管理的功能，以減少潮濕和黏稠的體驗。HE X 等人利用荷葉效應(yīng)，仿生織造一種單向?qū)Ш篃崾孢m的蠶絲親疏水雙面織物，可實現(xiàn)單向?qū)Ш?，同時收集汗液進(jìn)行電解質(zhì)離子、血糖、pH 等的監(jiān)測，可潛在用于病人的生理信號監(jiān)護(hù)，同時保障其體表熱濕舒適性［42］。

此外，出汗作為人類皮膚最重要的熱濕調(diào)節(jié)功能之一，越來越受到人們的關(guān)注。由于長時間的高溫環(huán)境以及高強(qiáng)度工作，人體產(chǎn)生的大量汗液將直接影響個人的健康以及工作效率。斯坦福大學(xué)崔屹教授在普通纖維纖芯材料的基礎(chǔ)上，采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）進(jìn)行梯度選擇性表面改性，在底層通過靜電紡親水錦綸6 納米纖維構(gòu)建了人工排汗皮膚（i-TRANS）。i-TRANS 能夠定向輸送“汗液”，而不會捕獲多余的水分，并在頂部表面實現(xiàn)均勻的汗滴“分泌”，很好地模擬了人類皮膚排汗的情況，為人工皮膚用于排除汗液提供了新的見解［43］。為了提升穿著舒適性，XU D等人受駝峰結(jié)構(gòu)啟發(fā)，通過熱軋?zhí)幚砗统暡ê附訉㈥嚵惺礁魺釂卧彤愋涡疚ǖ勒显谝黄?，設(shè)計了一種具有仿駝峰結(jié)構(gòu)的層級織物，可有效降低皮膚濕度和體表溫度［44］。

上述舒適調(diào)控醫(yī)用紡織品制備技術(shù)的開創(chuàng)，在提升個人生活品質(zhì)的前提下，將有效減少因制冷產(chǎn)生的能源消耗和溫室氣體的排放。然而目前該類生物醫(yī)用紡織品仍存在大規(guī)模制備困難、舒適評價體系不健全、個性化設(shè)計不足等問題。未來的發(fā)展趨勢應(yīng)朝向產(chǎn)業(yè)鏈的完善、評價標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建和智能集成化的方向發(fā)展。

3 體內(nèi)醫(yī)用紡織品分類及研究現(xiàn)狀

體內(nèi)醫(yī)用紡織品通常指植入式醫(yī)用紡織品，是一類用于傷病患者體內(nèi)病變器官及部位更換或傷口修復(fù)的紡織品。植入式醫(yī)用紡織品在臨床角度屬于外科用紡織品，常見類型包括外科縫合線、人工血管、人造韌帶、人工骨、人工神經(jīng)、人工瓣膜、醫(yī)用補(bǔ)片、載藥納米纖維等。對于植入式醫(yī)用紡織品的綜述已經(jīng)較為詳盡［45］，下文將重點舉例介紹科研界和工業(yè)界在組織修復(fù)、器官修復(fù)、促愈合、輔助治療型植入式紡織品的研究進(jìn)展。

3.1 組織修復(fù)型醫(yī)用紡織品

由于遺傳、免疫異常或病毒感染產(chǎn)生的組織病變可通過外科手術(shù)進(jìn)行修復(fù)治療。常見的組織修復(fù)術(shù)包含骨組織移植、疝氣修補(bǔ)、皮膚移植、韌帶修復(fù)等外科手術(shù)。其中，全球每年進(jìn)行的骨修復(fù)手術(shù)超過200 萬次，是僅次于輸血的第二常見組織修復(fù)術(shù)［46］810。小尺寸骨缺損可自修復(fù)，大尺寸骨缺損則需借助支架修復(fù)。支架是骨生長的臨時基質(zhì)，為組織發(fā)育提供特定的環(huán)境和結(jié)構(gòu)，因此仿生支架是骨修復(fù)手術(shù)中最不可或缺的核心材料。材料及其降解產(chǎn)物的生物相容性是支架的主要考慮因素。有團(tuán)隊通過在水溶液中機(jī)械剝離的方法制備了蠶絲納米纖維［47］。該纖維制備的過程完全基于水溶液體系，能夠保持其優(yōu)異的生物相容性。同時，在透明質(zhì)酸的調(diào)控下，蠶絲納米纖維能夠通過靜電噴射組裝成尺寸為數(shù)百微米的微球，能夠支持骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的長期增殖，并能夠顯著促進(jìn)干細(xì)胞的成骨分化，證實了其作為細(xì)胞載體和組織工程微支架的巨大潛力。筆者團(tuán)隊為解決細(xì)胞在支架內(nèi)遷移效率低的難題，通過冰模板法制備有序大孔及力學(xué)各向異性聚乳酸支架，縮短大鼠顱骨修復(fù)周期（8 周）。另外，為解決大段骨缺損再生難的問題，仿生了原生骨空腔結(jié)構(gòu)，制備定向大孔聚乳酸中空支架，成功實現(xiàn)兔子大段股骨缺損（15 mm）的修復(fù)及再生［46］810。

此外，醫(yī)用紡織品在疝氣修補(bǔ)手術(shù)中也扮演著重要角色。疝修補(bǔ)片的作用在于可以對疝氣的組織缺損區(qū)域進(jìn)行更為牢固和穩(wěn)妥的修補(bǔ)。醫(yī)用紡織疝修補(bǔ)片的研究聚焦于經(jīng)編結(jié)構(gòu)設(shè)計和表面改性技術(shù)。武漢紡織大學(xué)劉洪濤教授等人響應(yīng)臨床“腹膜前間隙術(shù)式”理念，利用經(jīng)編技術(shù)在大孔單絲聚丙烯網(wǎng)片上聚合可降解彈性體涂層，制造雙層結(jié)構(gòu)抗黏附生物可吸收補(bǔ)片，可減少腹膜內(nèi)黏連，提升疝氣修復(fù)效果，符合長期植入材料生物指標(biāo)；促進(jìn)創(chuàng)口愈合，減輕病患疼痛，且能修補(bǔ)大缺損，手術(shù)感染率從1%降至0.05%以下。同時可等效替代3 倍價格的同類進(jìn)口產(chǎn)品，為患者減輕醫(yī)療負(fù)擔(dān)，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，該成果獲2018 年中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技進(jìn)步二等獎。QIAO J 等人探究了一種新型可生物降解的殼聚糖疝氣補(bǔ)片，隨著缺損腹壁的再生，殼聚糖逐漸降解，避免了異物反應(yīng)和慢性并發(fā)癥［48］。

3.2 器官修復(fù)型醫(yī)用紡織品

近年來，心血管疾病已成為造成死亡的首要原因，占全球死亡人數(shù)的三分之一［49］，可通過搭橋手術(shù)在自體血管的基礎(chǔ)上異位移植從而達(dá)到治療的目的。然而，隨著患者年齡的增長，自體移植血管在數(shù)量和長度上非常有限，術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率更高。因此，開發(fā)能夠保持長期通暢的人工小口徑血管移植物迫在眉睫。人工血管需滿足生物相容性、抗血栓、尺寸可調(diào)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及力學(xué)性能等要求，以減少植入人體后的性能失效或排異反應(yīng)。目前的人工血管是將合成纖維或天然纖維通過靜電紡絲、細(xì)胞自組裝、3D 打印技術(shù)制備而成?，F(xiàn)有人工血管難以復(fù)制天然的血管結(jié)構(gòu)，存在硬度高、強(qiáng)度低、順應(yīng)性低、縫合性差等缺陷，導(dǎo)致內(nèi)皮化效果不好，從而易形成血栓。武漢紡織大學(xué)楊紅軍教授團(tuán)隊在結(jié)構(gòu)和制備工藝性方面進(jìn)行創(chuàng)新，采用編織技術(shù)研發(fā)了仿生新型聚氨酯基人工血管［50］。該血管中的聚氨酯卷繞層提供彈性支撐，防止彎折死角，促進(jìn)內(nèi)皮化；編織層增強(qiáng)順應(yīng)性，防止血液滲漏；同時加入抗凝血藥物（肝素鈉），提高抗凝血能力，通暢率提高到80%以上。移植該聚氨酯人工血管后，實驗狗和實驗兔的存活時間長達(dá)6 個月～12 個月。

人工心臟瓣膜是另一類可以治療心血管疾病的植入式醫(yī)用紡織品，特別是用于治療風(fēng)心病、先心病、馬凡氏綜合癥等。在人工心臟瓣膜成形技術(shù)中，可降解復(fù)合材料支架的開發(fā)至關(guān)重要。合理的組織結(jié)構(gòu)和織造方式中將超細(xì)復(fù)合紗線與去細(xì)胞瓣基質(zhì)進(jìn)行緊密結(jié)合，使得經(jīng)編組織增強(qiáng)細(xì)胞瓣基質(zhì)復(fù)合材料生物力學(xué)性能達(dá)到或接近天然心臟瓣膜水平。紗線交織的不同方式可以再現(xiàn)瓣膜內(nèi)交錯的纖維結(jié)構(gòu)，符合介入瓣要求［51］。為了提升人造組織的生物相容性，DU J 等人報道了一種基于絲素蛋白和聚氨酯復(fù)合納米纖維的支架，可支持靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的生長，促進(jìn)細(xì)胞的活力，可作為潛在的心臟瓣膜構(gòu)建體［52］。

3.3 促愈合型醫(yī)用紡織品

早期的外科手術(shù)縫合線選用亞麻、棉花、馬毛、動物腸道等材料制作，之后逐漸發(fā)展為具有抗張強(qiáng)力和穩(wěn)定性的不可吸收合成材料和金屬絲。20 世紀(jì)末期美國Cyananid 公司研發(fā)的最新一代縫合線為可吸收的合成縫紉線。目前我國基礎(chǔ)醫(yī)院仍采用不可吸收的蠶絲縫合線，對于可降解縫合線的使用仍依賴于進(jìn)口，自主研發(fā)面臨原料加工困難、設(shè)備缺乏等挑戰(zhàn)。

此外，縫合線另一發(fā)展方向是對其賦予抗菌功能，這是減少外科手術(shù)中引發(fā)的排異反應(yīng)，阻止傷口感染和降低死亡率的有效策略。FRANCO A 等人在商用蠶絲手術(shù)縫合線的基礎(chǔ)上，負(fù)載了DNA 重組工程制備的蜘蛛絲蛋白抗菌肽涂層［53］。體外研究表明，該涂層在不改變縫合線力學(xué)強(qiáng)力的前提下展現(xiàn)了優(yōu)異的抗菌性能、細(xì)胞相容性，可有效減少植入后的細(xì)菌感染。未來的研究方向應(yīng)考察縫合線的體內(nèi)抗菌耐久性，及對不同手術(shù)類型的適應(yīng)性。還應(yīng)對微加工技術(shù)進(jìn)行評估，以確保對不同制造工藝進(jìn)行最佳控制。

3.4 輔助治療型醫(yī)用紡織品

醫(yī)用紡織材料因其比表面積大、生物相容性良好，可作為植入性藥物載體。然而，在藥物治療過程中藥物釋放過快或者發(fā)生突釋現(xiàn)象，都會極大損害患者的身體健康，不利于康復(fù)。可控釋納米纖維制品通過制備工藝和研究設(shè)計內(nèi)源性刺激（pH、生物酶）和外源性刺激（溫度、磁場、激光等）特異性響應(yīng)，實現(xiàn)藥物緩釋、可控釋放，滿足特殊治療需求，可用于腫瘤、癌癥等多類型疾病的治療。目前研究人員研究的藥物控釋系統(tǒng)基本是通過靜電紡絲制備的載藥纖維。GUO M 等人制備了一種金雀花素交聯(lián)明膠改性靜電紡納米纖維，將該纖維植入小鼠體內(nèi)后可定點緩釋阿霉素，可對抗黑色素瘤的生長［54］。GAO S 等人研發(fā)了一種皮芯結(jié)構(gòu)納米纖維，可根據(jù)溫度變化控制藥物釋放，抑制病變腫瘤活性［55］。但靜電紡纖維存在的主要問題是批量化受限，商業(yè)化難度大；同時靜電紡纖維在藥物控釋方面的效果不好，準(zhǔn)確度不高。

相比于體外醫(yī)用紡織品，植入性醫(yī)用紡織品因作用環(huán)境的特殊性，需更加全面地對研發(fā)產(chǎn)品進(jìn)行生物安全評價，如對細(xì)胞毒性長期地跟蹤分析。另外應(yīng)考察植入紡織品的穩(wěn)定性和耐久性，特別是評估植入材料表面的纖維化、表面污垢化造成的性能失效。此外應(yīng)該推動高效織造方法和設(shè)備的研發(fā)，打破依靠進(jìn)口的被動局面。同時，將更多功能集成到纖維或纖維基紡織品中是生物醫(yī)用產(chǎn)品的未來趨勢，例如引入生物燃料電池、超級電容器以及水性電池，在體內(nèi)用作植入裝置，實時傳輸數(shù)據(jù)以提供臨床建議。對臨床相關(guān)性的理解和傳感器數(shù)據(jù)的處理也需要進(jìn)一步發(fā)展，例如大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，引入機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能來分析復(fù)雜的數(shù)據(jù)。

4 醫(yī)用紡織品發(fā)展趨勢

依托于國家政策導(dǎo)向和科研界、工業(yè)界的協(xié)同攻關(guān)，我國醫(yī)用紡織品行業(yè)得到了健康長足的發(fā)展，整體而言已基本實現(xiàn)了多樣化，然而仍面臨下述一些關(guān)鍵難題需進(jìn)一步攻關(guān)解決，以縮小學(xué)術(shù)研究與工業(yè)生產(chǎn)之間的差距。

中低端醫(yī)用紡織品存在同質(zhì)化嚴(yán)重，國際競爭力不足的問題。例如防護(hù)、衛(wèi)生用醫(yī)用紡織品類，量大面廣，已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，然而產(chǎn)品的功能性和差別化不高，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范化程度不及國際水平。未來發(fā)展可融入先進(jìn)的智能制造技術(shù)，即基于新一代信息通信技術(shù)與先進(jìn)制造技術(shù)深度結(jié)合，貫穿于設(shè)計、生產(chǎn)、管理、服務(wù)等制造活動的各個環(huán)節(jié)，具有自感知、自學(xué)習(xí)、自決策、自執(zhí)行、自適應(yīng)等新型生產(chǎn)方式，用于保證醫(yī)用紡織品的生產(chǎn)效率、品質(zhì)與靈活性。另外需推動全產(chǎn)業(yè)鏈綠色低碳轉(zhuǎn)型，開發(fā)的重點在于相關(guān)原料、成形技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈上下游的轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)低成本、高產(chǎn)能、生態(tài)友好型產(chǎn)品的開發(fā)，使其在供大于求的市場環(huán)境下突出重圍。

高端醫(yī)用紡織品面臨依賴進(jìn)口，無市場主導(dǎo)權(quán)的瓶頸。究其根本在于技術(shù)水平較低、標(biāo)準(zhǔn)評價體系缺失，使得具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)品牌較少。未來需繼續(xù)深化國際交流合作，加強(qiáng)基礎(chǔ)技術(shù)研究，可重點結(jié)合對不同人體、組織、器官的天然組成、結(jié)構(gòu)與功能的深入研究，進(jìn)行宏觀與微觀仿生設(shè)計及制造，從而開辟具有獨(dú)創(chuàng)性的醫(yī)用產(chǎn)品。同時可發(fā)展精準(zhǔn)醫(yī)療產(chǎn)品，結(jié)合蛋白質(zhì)組、代謝組、免疫組、腸道微生物組等分析技術(shù)，讓精準(zhǔn)醫(yī)療紡織品貫穿診斷、治療、康養(yǎng)，覆蓋疾病全周期。另外，可利用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等技術(shù)，實現(xiàn)高端產(chǎn)品從加工、流通、臨床使用等環(huán)節(jié)的全流程信息可追溯，滿足政府監(jiān)管、公眾查詢、產(chǎn)業(yè)運(yùn)營的需求，提升高端醫(yī)用紡織品效果和可靠性，提高國際競爭力。

智能產(chǎn)品規(guī)?；潭炔簧?，商業(yè)化遇到挑戰(zhàn)。中國的可穿戴醫(yī)療監(jiān)護(hù)用紡織品的研究處于早期階段，相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)、推廣及商業(yè)化的路徑需更多探索。目前智能醫(yī)用產(chǎn)品面臨的困難是加工流程復(fù)雜、成本高，同時功能性和舒適性、耐久性、安全性之間難以平衡統(tǒng)一。應(yīng)加強(qiáng)交叉學(xué)科進(jìn)一步融合，產(chǎn)學(xué)研各領(lǐng)域深度合作，聚焦于產(chǎn)品優(yōu)化、質(zhì)量提升及加工技術(shù)的不斷改進(jìn)，加快臨床有效性驗證，使得智能醫(yī)用紡織品被醫(yī)院端和患者端接受和認(rèn)可，最終促進(jìn)該類產(chǎn)品實現(xiàn)從實驗室生產(chǎn)向自動化工業(yè)生產(chǎn)的轉(zhuǎn)移。

總體上，如圖2 所示，醫(yī)用紡織品的未來可從材料開發(fā)、性能優(yōu)化、技術(shù)革新、科技賦能、應(yīng)用開發(fā)、產(chǎn)業(yè)升級等多角度協(xié)同發(fā)展。

圖2 生物醫(yī)用紡織品未來發(fā)展方向及策略

5 結(jié)語

在人民健康需求增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、政策支持、國際競爭等內(nèi)外因素的共同驅(qū)動下，我國醫(yī)療大健康紡織品得到了快速發(fā)展，在疾病治療等方面得到廣泛應(yīng)用。通過對醫(yī)用紡織品的技術(shù)研究、應(yīng)用領(lǐng)域及產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀進(jìn)行綜述剖析發(fā)現(xiàn)，我國現(xiàn)有醫(yī)用紡織品具有多樣化、復(fù)合化、技術(shù)逐漸提升、功能不斷創(chuàng)新等特點，然而高品質(zhì)、智能化、生態(tài)友好醫(yī)用紡織品的基礎(chǔ)研究、技術(shù)開發(fā)、商業(yè)生產(chǎn)仍處于起步階段，無法滿足日益增長的需求。今后重點應(yīng)加強(qiáng)自主核心技術(shù)研究、加深國內(nèi)外多領(lǐng)域深度合作、加快智能集成制造技術(shù)融合、完善行業(yè)規(guī)范制度構(gòu)建、發(fā)展科技賦能產(chǎn)業(yè)鏈，以期開發(fā)兼具輕型舒適、數(shù)字化、智能化、生物友好、可降解等優(yōu)勢的未來醫(yī)用紡織品，推動我國紡織行業(yè)與醫(yī)療行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。