Текстильна техніка та технології моди

Листування:

Отримано: 01 січня 1970 р. | Опубліковано:,

Цитування: DOI:

Альгінат та хітозан - це два морські природні полімери з унікальними структурами та властивостями. Альгінат - це полімерна кислота, тоді як хітозан - це полімерний амін. Обидва полімери можуть бути перетворені на волокна в процесі мокрого прядіння. У цій статті розглядаються нові властивості альгінату та хітозану та порівнюються функціональні характеристики двох волокон як нових текстильних матеріалів. Також розглядаються основні застосування альгінатних та хітозанових волокон.

Ключові слова: Альгінат; Хітозан; Хімічне волокно; Біоматеріал; Біоактивність; Медичний текстиль; Косметотекстиль

Альгінат та хітозан - це два природні полімери, видобуті з коричневих морських водоростей та оболонок ракоподібних відповідно. В останні роки як альгінат, так і хітозан знайшли широке застосування як нові біоматеріали. 1 Зокрема, вони виготовлені з волокон в процесі мокрого прядіння, і відповідно до їх морського походження, ці волокна є біосумісними та біологічно розкладаються, і володіють чудовими біологічними діями, які є дуже цінними при розробці функціональних текстильних виробів, таких як медичний текстиль., засоби гігієни, косметичний текстиль та ті текстильні матеріали, які знаходяться в тісному контакті з тілом, наприклад, під носками, постільними речами тощо. 2-4 Як відновлювані ресурси, як альгінат, так і хітозан мають великі запаси в природі. 5,6 Морські водорості, що використовуються для видобутку альгінату, можуть походити як з диких сортів, так і з культурних видів, тоді як хітозан можна видобувати з відходів переробки морепродуктів крабів, креветок, креветок, крилів тощо. Рисунок 1 ілюструє сировину для альгінату та хітозану.

Фігура 1 Сировина для альгінату та хітозану, (1) бурі водорості; (2) відходи ракоподібних.

Виробництво волокна

Хімічно альгінат - це полімерна кислота, що складається з двох типів мономерних ланок, тобто α-L-гулуронової кислоти (G) та β-D-мануронової кислоти (M). Залежно від типу морських водоростей, альгінат змінюється за молекулярною масою та композиціями G, M, GG, MM та GM. Вміст G та M, а також вміст GG, MM та MG в альгінаті мають значний вплив на властивості альгінатних волокон. Хитозан - це полімерний амін. Його хімічна структура - полі- (1 → 4) -2-аміно-2-дезокси-β-D-глюкоза. Комерційно хитозан отримують шляхом деацетилювання хітину, який є полі- (1 → 4) -2-ацетаміно-2-дезокси-β-D-глюкозою. Подібно вмісту G/M в альгінаті, ступінь ацетилювання на амінній групі є важливим структурним параметром для хітозану. Полімери з ацетилюванням вище 50% вважаються хітином, тоді як полімери з ацетилюванням менше 50% - хітозаном. Хімічні структури альгінової кислоти, хітину та хітозану показані на малюнку 2.

Малюнок 2 Хімічні структури (1) альгінової кислоти; (2) хітин та (3) хітозан.

Під час процесу виготовлення волокон альгінат натрію розчиняється у воді, а хітозан розчиняється у водному розчині оцтової кислоти, готуючи відповідні прядильні розчини, які потім екструдують за допомогою прядильної машини в коагуляційні ванни, що містять CaCl2 та NaOH, відповідно, щоб осадити два полімери у волокна. 7,2 Після прання, розтягування та сушіння можна виготовити альгінатні та хітозанові волокна з властивостями розтягу, подібними до звичайних віскозних волокон, які можна обробити в багатьох текстильних процесах, таких як прядіння пряжі, ткацтво, в'язання та неткані матеріали. 8,1 На малюнку 3 представлена схематична ілюстрація процесу мокрого прядіння.

Малюнок 3 Принципова ілюстрація невеликої виробничої лінії для мокрого прядіння, (1) прядильний розчин; (2) дозуючий насос; (3) прядка; (4) коагуляційна ванна; (5) приймальний ролик I; (6) приймальний ролик II; (7) водяна баня; (8) розтяжна ванна з гарячою водою; (9) натяжний ролик I; (10) ацетонова миюча ванна; (11) натяжний ролик II; (12) висувний ролик I; (13) обігрівач; (14) висувний ролик II; (15) блок намотування.

Як природна полімерна кислота, альгінат негативно заряджається, коли альгінат натрію розчиняється у воді, тоді як хітозан є позитивно зарядженим полімером завдяки амінним групам у своїй структурі. Іонна взаємодія між альгінатом та хітозаном була використана Tamura et al. 9 при приготуванні покритих хітозаном волокон альгінату кальцію шляхом екструзії розчину альгінату натрію у коагуляційну ванну, що містить хітозан. Найл та співавт. 10, вдосконалений у способі, спочатку розкладаючи хітозан до низькомолекулярного олігосахариду, який може краще проникати в набряклі волокна альгінату кальцію. Встановлено, що отримані волокна мають високу абсорбційну здатність, а також стійкі протимікробні властивості Miraftab et al. 11 Мадзіма та ін. 12 встановлено, що полімесисті волокна, виготовлені з альгінату та хітозану, мають кращу біосумісність та спорідненість до клітин, що підходить для приготування каркасів у тканинній техніці.

Нановолокна на основі альгінату та хітозану можуть бути виготовлені за допомогою процесу електропрядіння, при якому розчини альгінату та хітозану осідають у вигляді волокнистого матеріалу, завантажуючи рідину приблизно до 5-30 кВ і викидаючи її через сопло на протилежно заряджену заземлену мішень. Електропрядильна система складається з високовольтного джерела постійного струму, заземленого електрода, соплової системи з регулюванням діаметра та нерухомої або обертової мішені, до якої могло бути прикріплене прядене волокно. Альгінатні та хітозанові нановолокна можуть бути виготовлені таким чином з чудовою морфологією поверхні та пористістю, щоб забезпечити найбільш відповідний інтерфейс для біомедичних застосувань. Волокна часто прядуть на неткані конструкції, які є пористими і мають велику площу поверхні, при цьому отримана електроспряжена неткана структура ідеально підходить для виготовлення будівельних лісів для тканинної техніки. 1

Властивості волокна

Альгінатні та хітозанові волокна мають багато унікальних експлуатаційних характеристик, деякі з них наведені нижче.

Висока поглинальна здатність: Як полімерна кислота, альгінат має нові властивості іонообміну та високу здатність поглинання. Зокрема, коли волокна альгінату кальцію контактують з розчинами, що містять іони натрію, такими як рідина в організмі, іони кальцію виділяються і іони натрію потрапляють у волокна, утворюючи альгінат натрію, розчинний у воді. Як результат, у волокна втягується велика кількість води з утворенням сильно набряклих волокнистих гелів, властивостей яких дуже цінно в медичних, гігієнічних та косметичних текстильних матеріалах. 13,14 На малюнку 4 показані мікрофотографії альгінатних волокон до і після змочування сольовим розчином.

Малюнок 4 Мікрофотографії альгінатних волокон, (1) сухі, (2) вологі в сольовому розчині.

Завдяки гідроксильним та аміновим групам волокна хітозану також мають високу спорідненість до води, причому волога відновлюється приблизно на 16%. У поєднанні з їх антимікробними властивостями волокна хітозану ідеально підходять для змішування в текстильні матеріали для нижньої білизни та постільних матеріалів. Вироби з масок для обличчя на основі хітозану також набувають популярності в косметичній промисловості.

Сильне зв'язування з іонами металів: Як полімерна кислота, альгінат може утворювати сіль з іонами металів. Більшість двовалентних іонів металів можуть утворювати нерозчинні у воді солі з альгінатом, отже, альгінатні волокна можуть бути отримані екструдією розчинного у воді розчину альгінату натрію у водні розчини, що містять іони двовалентних металів. 15,16 Багато іонів металів корисні для загоєння ран. Наприклад, цинк корисний для пацієнтів з дефіцитом цинку, тоді як срібло має антимікробні властивості. Альгінат натрію можна екструдувати у водний розчин хлориду цинку з утворенням волокон альгінату цинку. В якості альтернативи, волокна альгінату кальцію можна обробляти розчинами, що містять цинк або срібло, та при іонообміні; іони цинку та срібла в розчині замінюють іони кальцію у волокнах, в результаті чого альгінатні волокна містять іони цинку та срібла.

Волокна хітозану можуть зв’язувати іони металів шляхом хелатування з амінними групами. Було показано, що волокна хітозану можуть хелатувати до 6,2% від маси іонів цинку, а отримана клітковина є високо антимікробною проти широкого спектра мікроорганізмів.

Антимікробні властивості: Як відомо, альгінатні та хітозанові волокна мають антимікробні властивості. Коли рідина поглинається волокнистим матеріалом на основі альгінату, волокна набухають після процесу іонообміну. Коли волокна набрякають, простір між волокнами закривається, і будь-які бактерії, що переносяться в рідині, затримуються, тим самим перешкоджаючи поширенню бактерій.

Антимікробний механізм дії хітозану відрізняється від механізму альгінатних волокон. Як полімерний амін, хитозан позитивно заряджений при намоканні. Оскільки клітинні стінки бактерій заряджені негативно, бактерії прилипають до волокон хітозану, і завдяки різному електричному заряду антимікробний ефект досягається через розрив клітинних стінок.

Альгінатні та хітозанові волокна використовувались у різних сферах застосування; зокрема, зараз вони широко використовуються в косметичних, медичних та гігієнічних текстильних матеріалах.

Косметотекстиль

Косметотекстиль - це текстильний матеріал з косметичними властивостями, хоча ці види текстилю можуть також нести інші функції та інгредієнти, такі як медичні властивості, засоби від комарів, засоби для зменшення запаху, антимікробні засоби або засоби, що захищають від ультрафіолетових променів.

Косметичний текстиль - галузь, яка зросла разом із зацікавленістю споживачів у добробуті та самопочутті. Він передбачає використання клітковини та текстильних матеріалів для доставки широкого спектру мікрокапсульованих інгредієнтів, таких як алое вера, вітамін Е, ретинол та кофеїн, які можуть забезпечити зволожуючі, зміцнюючі та схуднюючі переваги. 17 Наступне покоління косметичних текстильних виробів потенційно може вийти за рамки краси завдяки використанню нових інноваційних методів для надання медичних, антивікових та знезаражуючих переваг за допомогою одягового текстилю та інших виробів. У цьому відношенні альгінатні та хітозанові волокна та неткані матеріали є високо гідрофільними та біосумісними, що є ідеальними матеріалами для виробництва масок для обличчя. Крім того, волокна та тканини можуть використовуватися для перенесення різних біоактивних інгредієнтів для досягнення тривалого вивільнення до шкіри. На малюнку 5 показана маска для обличчя, виготовлена з гідрозаплутаного альгінатного нетканого полотна.

Малюнок 5 Маска для обличчя з гідрозаплутаного альгінатного нетканого полотна.

Функціональні пов'язки для ран

Одним з основних застосувань альгінатних та хітозанових волокон є намотувальні матеріали. Оскільки вони є гідрофільними полімерами, альгінатні та хітозанові волокна мають високу здатність поглинання і здатні утримувати вологу. При контакті з раневими ексудатами альгінатні волокна та пов’язки мають іонообмінні властивості, завдяки чому іони кальцію у волокнах замінюються іонами натрію в рідині тіла, в результаті чого на поверхні рани утворюється вологий гель. Багато досліджень підтвердили унікальні ранозагоювальні властивості альгінатних пов'язок. 18-20

В останні роки альгінатні волокна успішно використовуються як «вологе загоюючий» матеріал. Пов'язки для ран, виготовлені з альгінатних волокон, займали значну частину високотехнологічного ринку перев'язувальних матеріалів у Західній Європі та Північній Америці. Подібним чином, волокна хітозану мають нові властивості загоєння ран, і останніми роками було докладено багато зусиль, щоб використовувати хітозан як матеріал для тканинної інженерії, використовуючи його чудову біосумісність та біологічну розкладність.

Засоби гігієни

Протягом останніх 50 років вбираючі засоби гігієни, такі як дитячі підгузники, засоби для нетримання дорослих, жіночі захисні прокладки та серветки для особистої гігієни стали основними рисами сучасного життя. Їх збільшення використання супроводжувалося значним поліпшенням стану здоров’я та гігієни шкіри; особливо при захворюваності на пелюшковий дерматит. Альгінатні та хітозанові волокна можуть бути перетворені на гідрозаплутані неткані матеріали і використані в якості контактного шару. Їх гелеутворюючі характеристики та антимікробні властивості можуть допомогти підтримувати свіжу та суху поверхню взаємодії між тілом та абсорбуючими матеріалами. Крім того, вони можуть допомогти зменшити витоки та запобігти забрудненню та передачі інфекційних захворювань.

Тканинна інженерія

Як альгінатні, так і хітозанові волокна мають чудову біосумісність та спорідненість до клітин, що робить їх ідеальними матеріалами для підготовки каркасів у тканинній техніці. Shao & Hunter 21 розробили процес поєднання властивостей альгінату та хітозану шляхом поміщення набряклого альгінатного волокна кальцію з мокрого прядіння у водний розчин хітозану. Як тільки хитозан всмоктується на поверхню волокон альгінату кальцію, отримані волокна полі суміші потім сушать ліофільною сумішшю для отримання волокнистих матеріалів, які можуть бути використані як матеріал будівельних лісів у тканинній техніці. На рисунку 6 показано ілюстрацію застосування альгінатних та хітозанових волокон у тканинній інженерії.

Малюнок 6 Ілюстрація застосування альгінатних та хітозанових волокон у тканинній інженерії.

Як альгінат, так і хітозан мають багато нових властивостей, що робить їх корисними як чудові біоматеріали. Утворюючи волокна, альгінат та хітозан можна додатково переробити у ткані, трикотажні, неткані та інші дво- чи тривимірні структури. Альгінат та хітозан містять у своїх молекулах кислотні та амінні групи відповідно, що полегшує їм утворення нових матеріалів з іонами металів або шляхом хімічних модифікацій для досягнення кращих характеристик. Альгінатні та хітозанові волокна вже успішно використовуються як сировина для виготовлення вдосконалених перев’язувальних матеріалів, засобів гігієни та косметики. Можна передбачити, що все більше і більше нових біомедичних продуктів можна розробляти з альгінату, хітозану та їх композиційних матеріалів.

Автор заявляє, що у публікації статті немає конфлікту інтересів.

Цінь Ю. Медичні текстильні матеріали. 1-е видання Нью-Йорк: Elsevier; 2016. с. 264.
Agboh OC, Цинь Ю. Хітин і волокна хітозану. Полімери для передових технологій. 1997; 8 (6): 355‒365.
Цинь Ю. Альгінатні волокна: огляд виробничих процесів та застосування в лікуванні ран. Полімер Інтернешнл. 2008; 57 (2): 171-180.
Цінь Ю. Гелеві властивості набухання альгінатних волокон та їх застосування у лікуванні ран. Полімери для AdvancedTechnologies. 2008; 19 (1): 6-14.
Bixler HJ, Porse H. Десятиліття змін у галузі гідроколоїдів морських водоростей. J Appl Phycol. 2011; 23 (3): 321‒335.
ФАО. Статистика рибного господарства та аквакультури. 2016 рік.
Спікмен Дж. Б., Чемберлен Н.Х. Виробництво району з альгінової кислоти. J Товариство фарбників та колористів. 1944; 60 (10): 264-227.
Донг Дж. Клінічне спостереження сприяння загоєнню ран шляхом перев'язки хітозаном. Китайський журнал нозокоміології. 2011; 21 (5): 918‒919.
Tamura H, Tsuruta Y, Tokura S. Приготування альгінатної нитки, покритої хітозаном. Materials Science & Eng C. 2002; 20 (1‒2): 143–147.
Knill CJ, Kennedy JF, Mistry J, et al. Альгінатні волокна, модифіковані негідролізованими та гідролізованими хітозанами для перев’язування ран. Вуглеводні полімери. 2004; 55 (1): 65-76.
Miraftab M, Kennedy JF, Groocock R. Волокна для управління ранами. USP2008/0097001 A1. 2008 рік.
Majima T, Funakosi T, Iwasaki N, et al. Гібридні гібридні волокна альгінатних та хітозанових полііонних волокон для каркасів в інженерії зв’язок та сухожиль J Orthop Sci. 2005; 10 (3): 302-307.
Цінь Ю. Гелеві властивості набухання альгінатних волокон. J Прикладна полімерна наука. 2004; 91 (3): 1641-1645.
Цинь Ю. Характеристика альгінатних пов'язок для ран для різних волоконних і текстильних структур. J Прикладна наука про полімери. 2006; 100 (3): 2516-2520.
Хауг А, Смідсрод О. Вплив двовалентних металів на властивості альгінатних розчинів. II. Порівняння різних металевих іонів. Acta Chemica Scandinavica. 1965; 19 (2): 341‒351.
Цинь Ю. Іонообмінні властивості альгінатних волокон. Текстильні дослідження J. 2005; 75 (2): 165‒168.
Wijesinghe WAJP, Jeon YJ. Біологічна діяльність та потенційне космецевтичне застосування біоактивних компонентів з бурих морських водоростей: огляд. Phyto chem Rev. 2011; 10 (3): 431-443.
Томас С. Альгінатні пов’язки в хірургії та лікуванні ран - Частина 1. J Догляд за ранами. 2000; 9 (2): 56‒60.
Томас С. Альгінатні пов’язки в хірургії та лікуванні ран - Частина 2. J Догляд за ранами. 2000; 9 (3): 115-119.
Томас С. Альгінатні пов’язки в хірургії та лікуванні ран - Частина 3. J Догляд за ранами. 2000; 9 (4): 163-166.
Шао X, Мисливець CJ. Розробка гібридного волоконного альгінату/хітозану для клітин фіброзного кільця. J Biomed Mater Res A. 2007; 82 (3): 701‒710.

Меню журналу

корисні посилання

Вказівки для авторів
Політика плагіату
Система експертної перевірки
Членство
Правила та умови
Оплатити через Інтернет

Для редакторів

Рекомендації редактора
Вказівки для редактора
Приєднуйтесь як редактор
Приєднуйтесь як помічник редактора

Для рецензентів

Рекомендації рецензента
Процес публікації
Приєднуйтесь як рецензент

Завантаження

Супровідний лист-рукопис
Подання шаблону-рукопису

Благання

929 NW 164 th Street, Едмонд, ОК 73013 (поштова адреса) Інші місця

Рузвельт 7/8, Sz échenyi Istv án t ér 7- 8C башта, вул. Поверх, -> 1051 - Будапешт

Carrer de Muntaner 328 Entlo 1A 08021 Барселона