甲壳素纤维应用

甲壳素、甲壳素纤维的特性具体包括生物医学性、可降解性、吸湿保温性、可纺性。还介绍了甲壳素 纤维的作用具体包括药理方面和其它方面。其中典型的是防菌除臭、排毒、增强免疫力和绿色环保等。以及甲壳素纤维的发展和前景，对于人们对纺织纤维的功能方面的需要，该纤维有很大的发展潜力。

地球上存在的天然有机化合物中，数量最大的是纤维素，其次就是甲壳素，前者主要由植物生成，后者主要由动物生成。估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿吨。甲壳素亦是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。仅此两点，就足以说明甲壳素的重要地位。

随着人们物质生活水平的提高，人们对纺织品的功能性更加重视。纺织品也与社会生活的其它方面联系越来越紧密。纺织纤维的功能性研究也更加多样化，纺织纤维的功能整理更加广泛的实施。人们对纺织品抗菌卫生整理广泛用作医院、宾馆、家庭的床单、被套、毛毯、餐巾、毛巾、鞋里布、沙发布、窗帘布、医用职业装、食品和服务行业的工作服、军队的服装以及绷带、纱布等，具有重大的社会意义。随着甲壳素纤维的功能研究的扩大，其特征和功能日益被发掘，该纤维产品用途日益广泛。

甲壳素

甲壳素是地球上仅次于纤维素的数量第二大的天然有机化合物，它主要由动物生成，广泛存在于甲壳纲动物虾和蟹的甲壳、昆虫的甲壳、真菌（酵

母、霉菌）的细胞壁和植物（如蘑菇）的细胞壁中，

估计自然界每年生物合成的甲壳素将近100亿吨。甲壳素亦是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。

甲壳素在自然界的存在，还有一个重要的方面往往被人忽视，那就是在自然界生长、繁衍着的含有甲壳素的各种各样的生物，在其死亡腐烂后成为肥料的同时释放出甲壳素，甲壳素在自然界经受降解和脱乙酰基过程，产生不同分子量的甲壳素及不同分子量、不同脱乙酰度的壳聚糖。在广袤的田野、森林和大草原的土壤中，都有甲壳素和壳聚糖的存在；而在贫瘠的土壤和沙化的土壤中，则很少有甲壳素和壳聚糖的存在，这从一方面反映出甲壳素在自然界生态平衡中的重要性。

甲壳类动物外壳的结构材料就是甲壳素，它既有生理作用，又能保护机体防止外来机械性冲击；同时，还具有吸收高能辐射的性能。在真菌的细胞壁中，甲壳素与其他多糖相连，在动物体内，则是与蛋白质结合成蛋白聚糖。虾、蟹壳中的甲壳素与蛋白质是共价结合，是以蛋白聚糖的形式存在的，同时伴生着碳酸钙。甲壳素在蟹壳中呈纤维状互相交错或无规的网状结构，并平行于壳面分层生长，蛋白质以甲壳素为骨架，沿甲壳素层以片状生长；无机盐呈蜂窝状多孔的结晶结构，充填在甲壳素与蛋白质组成的层与层之间的空隙中。甲壳素与蛋白质之间共价结合以蛋白聚糖的形式存在，1955年Hackman证明甲壳素和N-乙酰氨基葡萄糖（甲壳素的残糖基）能与α——氨基酸、肽和角蛋白反应，得到稳定的共价结合物，但这种结合物在某种pH条件下会分解[1]。

甲壳素纤维

甲壳素纤维是利用高尖端生产技术将脱乙酰化度98%以上的高纯度甲壳胺通过湿式纺丝法生产的高纯度甲壳胺纤维。生产工艺路线为:将蟹壳等制成甲壳素粉末, 然后溶解在适当的溶剂中形成纺丝原液, 再通过纺丝头挤出单纤维, 在凝固浴中凝固后, 洗涤烘干即成甲壳素纤维。其工艺流程如下:

蟹壳-甲壳素-纺丝原液-储筒-计量泵-喷丝-卷绕-烘干-成品[2]

因其直接将甲壳胺纤维化而成，能够完善的发挥甲壳胺固有的机能，对人体毫无副作用，是极其安全性纤维。具有出色的抗菌性、除臭性，并在生体活性化及防静电等方面具有卓越效果。可以与棉、粘胶、涤纶、毛、麻、丝等纤维混纺成纱线，用作针织布、梭织布、毛巾布、无纺布以及其它医用材料。产品有各种规格的甲壳素纤维、100%甲壳素纱线、甲壳素混纺纱、甲壳素针织布、甲壳素机制布、甲壳素毛巾布等，在医用材料方面的产品有甲壳素加工的人工皮肤、止血棉、止血纱布、甲壳素创可贴等医用敷料。

甲壳素纤维的特征

1生物医学性

甲壳素的大分子结构与人体内的氨基葡萄糖的构成相同，而且具有类似于人体骨胶原组织结构，这种双重结构赋予了它们极好的生物医学特性：即它对人体无毒无刺激，可被人体内的溶菌酶分解而吸收，与人体组织有良好的生物相容性，它具有抗菌、消炎、止血、镇痛、促进伤口愈合等功能[3]。因此，甲壳素和壳聚糖是理想的医用高分子材料，广泛用于制造特殊的医用产品。国外，尤其是日本和美国已用它来制造人造皮肤、可吸收缝合线、血液透析膜和药物缓释剂以及各种医用敷料等。

2可生物降解性

由于制造甲壳素纤维的原料一般采用虾、蟹类水产品的废弃物，一方面这可减少这类废弃物对环境的污染，另一方面甲壳素纤维的废弃物又可生物降解，不会污染周边环境，所以甲壳素纤维又被称为绿色纤维。

3优良的吸湿保温性

由于甲壳素纤维在其大分子链上存在大

量的羟基（—OH）和氨基（—NH2）等亲水性基团，故纤维有很好的亲水性和很高的吸湿性。甲壳素纤维的平衡回潮率一般在12%~16%之间，在不同的成形条件下，其保水值均在130%左右[4]

4较好的可纺性

目前国内生产的甲壳素、壳聚糖纤维具有较好的可纺性。但与棉纤维相比，甲壳素纤维线密度偏大，强度偏低，在一定程度上影响了甲壳素纤维的成纱强度。在一般条件下用甲壳素纤维进行纯纺还有一定困难，通常采用甲壳素纤维与棉纤维或其他纤维混纺来改善其可纺性。随着甲壳素原料及纺丝工艺的不断改进，纤维线密度和强度将会进一步提高，用它可开发出各种甲壳素纯纺或混纺产品。此外，甲壳素纤维由于吸湿性良好，具有优良的染色性能，可采用直接、活性、还原、碱性及硫化等多种染料进行染色，且色泽鲜艳。

甲壳素与壳聚糖纤维可纺成长丝或短纤维两大类。长丝用于捻制医用缝合线，免除病人拆线痛苦，或切成一定长度的短纤维，纺成纱线，用做纺织材料;短纤维以无纺布形式制作医用敷料,用于治疗各种创伤,如烧伤、烫伤、冻伤及其他外伤，有促进伤口愈合和消炎抗菌作用。甲壳素纤维轻纺纱、织布加工成各种功能性产品，如保健针织内衣、放臭袜子、不黏毛巾、保健婴幼儿服、抗菌休闲服、抗菌防臭床上用品、抑菌医用护士服；也可加工成各种救护用品，如绷带、纱布、急救包等[5]。

甲壳素纤维的作用

1药理作用

2除臭、生态抑菌

甲壳素纤维是自然界中的唯一的阳离子性纤

维，其所带阳离子与构成细菌细胞壁的唾液酸(SIALIC)或磷脂质阴离子发生离子结合，通过正负电荷相互作用，吸附在细菌细胞表面产生穿刺作用，渗透到细菌细胞壁内，阻碍遗传因子从DNA到RNA的转移，造成细菌细胞代谢的紊乱，导致细菌死亡，同时，甲壳素纤维能诱导细菌自身产生甲壳酶，促使细菌细胞壁分解而抑制细菌细胞生长，可以抑制葡萄状球菌和绿脓菌等细菌的增殖，以及镰刀菌等霉菌的生育。甲壳素纤维与棉花混纺针织布经医学检测其对金葡萄、大肠杆菌、白色念珠菌的抑菌率均高达99%以上，最小生育阻止浓度为10毫克/公斤，显示出极高的抗菌性。除此以外，还有最重要的一点就是甲壳素纤维能增强溶菌酶活性。人体皮肤随着出汗能分泌一种溶菌酶，能杀灭多种致病菌，甲壳素纤维直接接触皮肤，在起到抑菌作用的同时可将溶菌酶活性化,活性平均增加至原来的1.5~2.0倍[6]，可杀灭霉菌、真菌等多种致病菌，多管齐下，可从根本上彻底去除由霉菌、真菌引发的体臭、汗臭、脚臭。皮肤存在微生态环境，微生态平衡是皮肤健康的核心。任何细菌只要其没有恶性繁殖到一定程度，就不会对皮肤造成伤害，皮肤不宜处在无菌的真空状态下，对皮肤表面存在的细菌不能一概杀灭。甲壳素纤维的抗菌模式是诸多抗菌方法中最科学合理的。

3促进伤口愈合和止血性

溶菌酶活性的提升，能同时阻止血纤维蛋白束的形成，抑制结缔组织细胞增生和胶蛋白的合成，同时能促进表皮细胞的生长和伤口组织的再生，提高伤口愈合速度，使皮肤伤口愈合产生较小的伤疤或无疤痕。同时甲壳素纤维具有聚集血小板作用，能明显缩短止血时间，具有良好的止血效果。

4.排毒降压和减肥

甲壳素纤维接触皮肤的时候，能通过毛孔吸附耦合体内的阴离子（胆固醇、农药、化学色素、重金属离子），将之吸出体外，达到排毒的效果。吸附导致高血压病变的主要因素氯离子，可防治高血压，起预防效果。降低体内胆固醇含量，去除多余脂肪，可起到一定减肥效果

5增强免疫力、抗癌性

甲壳素与人体皮肤中分泌出的溶菌酶相互反应，其产物葡萄糖胺被皮肤吸收后能激活单核单核巨噬细胞和淋巴球细胞（NK）活性功能，可以提高皮肤的免疫力，预防皮肤癌的发生[7]。

6其他作用

6.1绿色环保

甲壳素纤维是天然纤维，其成分是氨基多糖，无毒、无味、无刺激性、无副作用，化学性质和生物性质与人体组织接近，其制品与人体不存在排斥问题，废弃后可被微生物分解。完全符合现代人类对纺织品绿色、安全、环保的要求。

6.2 保湿

甲壳素的氨基和羟基是具有高亲水性的天然物质，每个化学残基的单位电荷及极性基的密度非常大，从而具有超强的保湿能力，其回潮率可达15%以上，保湿能力比纯棉制品高出7倍，皮肤接触感觉顺滑、柔软、湿润。

6.3 嫩肤

人体皮肤分泌的溶菌酶除了杀菌以外还有活化细胞、促进皮肤再生的功能。溶菌酶活性的提高既可阻止由细菌孽生引发的皮肤毛空粗大，又可活化细胞、促进新陈代谢，双效作用，可使皮肤变得细腻而有弹性

6.4抗静电

甲壳素纤维由于其本身带天然正电荷兼具保湿性，能使纤维表面电压由1500伏降到800伏以下.可有效抗击静电。

7甲壳素纤维的发展前景

随着物质生活水平的提高，人们对纺织品的要求不再局限于保暖、舒适等原有的基本特性。根据纺织品的不同用途，人们还希望其具有保健、安全等特殊功能，如抗菌、防螨、负离子、远红外、防紫外线、防毒、阻燃、防电磁波辐射、磁疗、香味、吸湿排汗、防油防水等。功能织物广泛用于家用纺织品、运动和休闲服装、环境与健康纺织品、装饰和产业用纺织品、国防建设和尖端科学等领域。抗菌卫生整理广泛用作医院、宾馆、家庭的床单、被套、毛毯、餐巾、毛巾、鞋里布、沙发布、窗帘布、医用职业装、食品和服务行业的工作服、军队的服装以及绷带、纱布等，具有重大的社会意义。

近30年来，甲壳素在临床医学、医药生物材料和组织工程材料方面显示出了多方面的作用，甚至取得了许多意想不到的效果。壳聚糖能被人体吸收利用，与人体的组织器官及细胞有良好的生物相容性，无毒，具有生物降解性，降解过程中产生的壳聚糖在体内不积累，几乎无免疫原性，同时具有多种生物活性。甲壳素具有资源丰富、价格便宜、安全无毒、生物相容性等优点, 应用领域十分广阔,因而在生物医疗工程上具有极大的发展潜力。利用甲壳素的液晶性, 可开发研究更多液晶纺纸, 以提高纤维的强度和应用范围。由甲壳素纤维制的可收手术缝合线、人工皮肤和医用敷料等产品将朝着性能提高、种类增多、价格低廉、使用方便、美观无痛的方法改进, 它们必将在医疗领域发展更大的作用。

结论

随着甲壳素纤维功能日益被人们发掘，其特征日益被人们掌握，其功能在医疗方面的作用日益显 著。作为诸多抗菌方法中最科学合理的抗菌模式的甲壳素纤维可加工成各种功能性产品，如保健针织内衣、放臭袜子、抗菌防臭床上用品、抑菌医用护士服；也可加工成各种救护用品，如绷带等。