生物醫學纖維的3大發展應用

生物醫用纖維是新型化學纖維的一個重要應用分支，它是一種用於對生物體進行診斷、治療、修復，或替換其病損組織、器官，或增進其功能的特種纖維。一種纖維是否屬於生物醫用纖維的范疇，不是取決於其化學成分，而是取決於其生物性能和用途。生物醫用纖維不但要達到普通纖維的一些性能指標，而且必須具有良好的生物相容性。

目前，人工器官使用的生物醫學纖維主要為中空纖維膜。中空纖維膜是一種由高分子材料通過紡絲技術制成的分離膜，直徑一般為0.1~1mm，具有生物相容性好、有一定的機械強度等特點。

*，聚丙烯中空纖維膜在人工肺領域的發展前景

晚期肺衰竭患者有效的治療方法就是肺移植，但由於供體器官短缺，每年能做的肺移植手術很少。因此，人工肺的研究具有良好的社會效益。

人工肺的種類有靜立垂屏式、氣泡式和膜式。膜式人工肺(體外氧合器)除用於心血管手術的體外循環外，還可用於急性呼吸衰竭的支持，因此目前正取代其它類型的人工肺。目前世界上有100萬病人進行手術時采用體外氧合器，其氧合器產值達1億美元。

用於體外*的膜，有賽璐玢、氧化纖維素、聚乙烯、聚亞烴砜、硅氧烷、微孔聚丙烯、微孔聚四氟乙烯等。這些膜既可以制成平板膜組件，也可以紡制成中空纖維膜。然而，中空纖維膜更有利於從氧合器中的氣體分離出血液，氣體轉換到中空纖維膜氧合器的血液中，和血液(或氣體)在纖維內流動是同時進行的，因此氣體在內部、血液在外部的這種模式更為有效。

聚丙烯中空纖維膜價格低廉，且化學穩定性和熱絕緣性均優於醋酸纖維素膜和混合纖維素膜。但因聚丙烯是憎水性材料，血液相容性較差。許多研究者將親水性單體接枝到聚丙烯上，以改善其血液相容性。目前，人工肺只能應用於短期體外氣體交換，主要是因為其存在著許多不足。針對這些問題，新型人工肺正在研究和開發中。

例如，Mueller的研究表明，用硅樹脂涂層的人工肺有良好的氣體傳輸功能，并保持了傳統中空纖維人工肺所有機械裝置的優點。Eyak采用中空纖維膜微孔盲端技術防止血漿滲漏，從而延長了使用時間。

第二，混合型生物人工肝采用中空纖維組件

器官移植是治療暴發性肝衰竭和慢性肝衰竭的*臨床有效方法，然而其應用受到了器官供體缺乏、高成本、高相關發病率、需要肌體長期免疫抑制的限制。因此研究人員發展可替代的方法用於治療肝功能不全，人工肝即是一種能代替肝臟功能的人工器官。

人工肝有非生物型、中間型、生物型和混合生物型等四種類型。國外模擬肝臟功能的研究從上世紀五十年代開始，1958年人工肝開始臨床應用。目前，國內外臨床應用的人工肝主要是非生物型人工肝。

非生物型人工肝只能用於短期治療。人工肝的的發展動向是開發混合型生物人工肝，它能成為提供各種肝功能的“替代肝”，給病人提供充足的解毒和新陳代謝功能，以長期支持肝衰竭患者，執行肝的基本功能。

用於人工肝的中空纖維膜，包括聚丙烯腈中空纖維膜、活性炭中空纖維膜、中空活性碳纖維和聚砜中空纖維膜等。大多數混合型生物人工肝包括生物成分、生物反應器和血(或血漿)灌流三個部分。

隨著中空纖維肝細胞培養技術的提高，混合型生物人工肝能在中空纖維膜表面增植活體肝細胞，培養液緩慢流過中空纖維膜內腔，中空纖維膜間充滿肝細胞。這方面的研究熱點是肝細胞的附著材料。

對於基質涂層，研究表明以膠原?；旌闲蜕锶斯じ尾捎弥锌绽w維組件，易於上臨床進行試驗。但大多數中空纖維型人工肝有擴散表面積不足和肝細胞容量小的缺陷。

第二，天然高分子膜材料適用於制成人工腎

目前，有100萬人依靠人工腎*維持生命。人工腎*的產量約為7500萬個，產值達7.0億~22.5億美元。其中，中空纖維膜型*是臨床使用zui多、效果的一種人工腎*。

所謂人工腎是一種血液凈化裝置，它用高分子材料制成具有透析過濾作用的膜，通過一整套裝置，把尿素、尿酸以及外來的有毒物質排出體外，延緩患者的生命。按作用原理，人工腎有透析型、過濾型和吸附型三種。

國外上世紀六十年代出現中空纖維型人工腎*，目前其研究和開發仍較為活躍。在中國，東華大學自上世紀七十年代起研制人工腎*，在上海及浙江等一些醫院進行過臨床應用，曾獲1990年國家發明三等獎；九十年代後，通過引進日本和德國的技術，國內開始生產出多種人工腎用中空纖維膜。

透析型人工腎*的透析面積為1.0~1.2 m2左右，采用的中空纖維膜必須有相當的強度和對血液的穩定性。人工腎*的發展方向是開發新的膜材料、改善膜的性能和研制混合型人工腎*。而甲殼素、骨膠原等天然高分子的生物相容性十分優異，故很適合用作人工腎*。

日本皮革株式會社用骨膠原制備中空纖維膜，對肌酐的傳質系數達到4.9x10-4cm/s。通過對中空纖維膜表面進行化學修飾和整理，可以提高其對血液中有害微球蛋白的吸附能力。例如，在原有聚砜中空纖維膜膜表面引入帶負電荷的基團，可以增加對β2微球蛋白的吸附率。

混合人工腎在人工腎*植上固定化尿酶等能力，比一般解毒用人工腎有更的功能。在該領域的Humes HD小組和Mackay SM等，將腎小管細胞種在中空纖維膜管內，這種中空纖維膜生物混合腎具有新陳代謝功能。