Corespondenţă:

Primit: 01 ianuarie 1970 | Publicat:,

Citare: DOI:

Alginatul și chitosanul sunt doi polimeri naturali marini cu structuri și proprietăți unice. Alginatul este un acid polimeric, în timp ce chitosanul este o amină polimerică. Ambii polimeri pot fi transformați în fibre prin procesul de filare umedă. Acest articol trece în revistă noile proprietăți ale alginatului și chitosanului și compară performanțele funcționale ale celor două fibre ca materiale textile noi. Principalele aplicații ale fibrelor de alginat și chitosan sunt, de asemenea, revizuite.

Cuvinte cheie: Alginat; Chitosan; Fibre chimice; Biomaterial; Bioactivitate; Textile medicale; Cosmetotextile

Alginatul și chitosanul sunt doi polimeri naturali extrasați din alge brune și, respectiv, de coji de crustacee. În ultimii ani, atât alginatul, cât și chitosanul au găsit utilizări pe scară largă ca biomateriale noi. 1 În special, au fost transformate în fibre prin procesul de filare umedă și în conformitate cu originea lor marină, aceste fibre sunt biocompatibile și biodegradabile și posedă bioactivități excelente, care sunt extrem de valoroase în dezvoltarea produselor textile funcționale, cum ar fi textilele medicale, produse de igienă, cosmetotextile și acele materiale textile care sunt în contact strâns cu corpul, cum ar fi îmbrăcămintea, materialele pentru așternut etc. 2-4 Ca resurse regenerabile, atât alginatul, cât și chitosanul au resurse abundente în natură. 5,6 Algele marine utilizate pentru extracția alginatului pot proveni din soiuri sălbatice, precum și din specii cultivate, în timp ce chitosanul poate fi extras din deșeurile de prelucrare a fructelor de mare de crabi, creveți, creveți, krilli etc. Figura 1 ilustrează materiile prime pentru alginat și chitosan.

online

figura 1 Materii prime pentru alginat și chitosan, (1) alge brune; (2) deșeuri de coajă de crustacee.

Producția de fibre

Din punct de vedere chimic, alginatul este un acid polimeric compus din două tipuri de unități monomerice, adică acidul α-L-guluronic (G) și acidul β-D-manuronic (M). În funcție de tipul de alge marine, alginatul variază ca greutate moleculară și compozițiile G, M, GG, MM și GM. Conținutul G și M, precum și conținutul GG, MM și MG din alginat au un efect semnificativ asupra proprietăților fibrelor de alginat. Chitosanul este o amină polimerică. Structura sa chimică este poli- (1 → 4) -2-amino-2-deoxi-β-D-glucoză. Din punct de vedere comercial, chitosanul se obține prin de acetilarea chitinei, care este poli- (1 → 4) -2-acetamino-2-deoxi-β-D-glucoză. Similar conținutului de G/M din alginat, gradul de acetilare pe grupa amină este un parametru structural important pentru chitosan. Polimerii cu peste 50% acetilare sunt considerați chitină, în timp ce cei cu mai puțin de 50% acetilare sunt considerați chitosan. Structurile chimice ale acidului alginic, chitinei și chitosanului sunt prezentate în Figura 2.

Figura 2 Structuri chimice ale (1) acidului alginic; (2) chitină și (3) chitosan.

În timpul procesului de fabricare a fibrelor, alginatul de sodiu este dizolvat în apă și chitosanul este dizolvat într-o soluție apoasă de acid acetic pentru a pregăti soluțiile respective de filare, care sunt apoi extrudate prin filet în băi de coagulare care conțin CaCl2 și respectiv NaOH pentru a precipita cei doi polimeri în fibre. 7.2 La spălare, întindere și uscare, fibrele de alginat și chitosan pot fi realizate cu proprietăți de tracțiune similare fibrelor convenționale de viscoză, care pot fi prelucrate în multe procese textile, cum ar fi filarea firelor, țeserea, tricotarea și nețesutul. 8.1 Figura 3 prezintă o ilustrare schematică a procesului de filare umedă.

Figura 3 Ilustrație schematică a unei linii mici de producție de filare umedă, (1) soluție de filare; (2) pompa de dozare; (3) filă; (4) baie de coagulare; (5) rola de preluare I; (6) rola de preluare II; (7) baie de apă; (8) baie de întindere cu apă fierbinte; (9) rola de întindere I; (10) baie de spălare cu acetonă; (11) rola de întindere II; (12) rola de avansare I; (13) încălzitor; (14) rola de avans II; (15) unitate de lichidare.

Ca acid polimeric natural, alginatul este încărcat negativ atunci când alginatul de sodiu este dizolvat în apă, în timp ce chitosanul este un polimer încărcat pozitiv datorită grupărilor aminice din structura sa. Interacțiunea ionică dintre alginat și chitosan a fost utilizată de Tamura și colab. 9 când se prepară fibre de alginat de calciu acoperite cu chitosan, prin extrudarea soluției de alginat de sodiu într-o baie de coagulare care conține chitosan. Knill și colab. 10 a îmbunătățit metoda prin degradarea mai întâi a chitosanului în oligozaharidă cu greutate moleculară mică, care poate pătrunde mai bine în fibrele de alginat de calciu umflate. Fibrele rezultate s-au dovedit a avea o absorbție ridicată, precum și proprietăți antimicrobiene susținute Miraftab și colab. 11 Majima și colab. 12 au constatat că fibrele de amestecuri poli fabricate din alginat și chitosan au o biocompatibilitate și o afinitate celulară mai bune, care sunt potrivite pentru prepararea schelelor în ingineria țesuturilor.

Nanofibrele pe bază de alginat și chitosan pot fi realizate prin procesul de electro filare, în care soluțiile de alginat și chitosan sunt depozitate ca material fibros prin încărcarea lichidului la aproximativ 5-30 kV și scoaterea acestuia printr-o duză pe o țintă împământată încărcată opus. Sistemul de filare electrică constă dintr-o alimentare DC de înaltă tensiune, un electrod împământat, un sistem de duze cu comenzi de diametru și o țintă fixă ​​sau rotită la care ar putea fi aderată fibra filată. Fibrele nano de alginat și chitosan pot fi realizate în acest mod cu o morfologie și porozitate excelentă a suprafeței pentru a oferi cea mai potrivită interfață pentru aplicațiile biomedicale. Fibrele sunt adesea filate pe structuri nețesute, care sunt poroase și au o suprafață ridicată, structura nețesută electrospun rezultată fiind potrivită în mod ideal pentru realizarea schelelor pentru ingineria țesuturilor. 1

Proprietățile fibrelor

Fibrele de alginat și chitosan au multe caracteristici de performanță unice, dintre care unele sunt rezumate mai jos.

Capacitate mare de absorbție: Ca acid polimeric, alginatul are o proprietate nouă de schimb ionic și o capacitate mare de absorbție. În special, atunci când fibrele de alginat de calciu sunt puse în contact cu soluții care conțin ioni de sodiu, cum ar fi fluidul corpului, ioni de calciu sunt eliberați și ioni de sodiu ajung în fibre pentru a forma alginat de sodiu, care este solubil în apă. Ca rezultat, o cantitate mare de apă este aspirată în fibre pentru a forma gel fibros foarte umflat, o proprietate extrem de valoroasă în materialele textile medicale, de igienă și cosmetice. 13.14 Figura 4 prezintă microfotografii ale fibrelor de alginat înainte și după umezire în ser fiziologic.

Figura 4 Fotomicrografii de fibre de alginat, (1) uscate, (2) umede în soluție salină.

Datorită grupărilor hidroxil și amină, fibrele chitosanului au, de asemenea, o afinitate ridicată față de apă, umezeala recâștigând aproximativ 16%. Atunci când sunt combinate cu proprietățile lor antimicrobiene, fibrele de chitosan sunt potrivite în mod ideal pentru a fi amestecate în materiale textile pentru lenjerie și lenjerie de pat. Produsele cu mască de față pe bază de chitosan câștigă, de asemenea, popularitate în industria cosmetică.

Legare puternică cu ioni metalici: Ca acid polimeric, alginatul poate forma sare cu ioni metalici. Majoritatea ionilor metalici divalenți pot forma sare insolubilă în apă cu alginat, prin urmare fibrele de alginat pot fi obținute prin extrudarea soluției de alginat de sodiu solubil în apă în soluții apoase care conțin ioni metalici divalenți. 15.16 Mulți ioni metalici sunt utili pentru vindecarea rănilor. De exemplu, zincul este util pentru pacienții cu deficit de zinc, în timp ce argintul are proprietăți antimicrobiene. Alginatul de sodiu poate fi extrudat într-o soluție apoasă de clorură de zinc pentru a forma fibre de alginat de zinc. Alternativ, fibrele de alginat de calciu pot fi tratate cu soluții care conțin zinc sau argint și la schimbul de ioni; ionii de zinc și argint din soluție înlocuiesc ionii de calciu din fibre, rezultând fibre de alginat care conțin ioni de zinc și argint.

Fibrele de chitosan pot lega ionii metalici prin chelare cu grupările amină. S-a demonstrat că fibrele chitosanului pot chela până la 6,2% din greutatea ionilor de zinc, cu fibra rezultată foarte antimicrobiană împotriva unui spectru larg de microorganisme.

Proprietăți antimicrobiene: Se știe că atât fibrele de alginat, cât și cele de chitosan au proprietăți antimicrobiene. Când fluidul este absorbit într-un material fibros pe bază de alginat, fibrele se umflă după procesul de schimb ionic. Pe măsură ce fibrele se umflă, spațiul dintre fibre este închis și orice bacterie care este transportată în fluid este prinsă, inhibând astfel răspândirea bacteriilor.

Mecanismul antimicrobian pentru chitosan este diferit de cel al fibrelor de alginat. Ca amină polimerică, chitosanul este încărcat pozitiv atunci când este ud. Deoarece pereții celulari ai bacteriilor sunt încărcați negativ, bacteriile sunt aderate la fibrele chitosanului și datorită încărcării lor electrice diferite, efectul antimicrobian se realizează prin explozia pereților celulari.

Fibrele de alginat și chitosan au fost utilizate într-o varietate de aplicații; în special, acestea sunt acum utilizate pe scară largă în materiale textile cosmetice, medicale și de igienă.

Cosmetotextile

Cosmetotextilele sunt materiale textile cu proprietăți cosmetice, deși aceste tipuri de textile pot găzdui și alte funcții și ingrediente, cum ar fi proprietăți medicale, repelenți de țânțari, reducători de mirosuri, antimicrobieni sau agenți de protecție UV.

Textile cosmetice sunt o industrie care a crescut odată cu interesul consumatorilor pentru bunăstare și bunăstare. Aceasta implică utilizarea de fibre și materiale textile pentru a furniza o gamă largă de ingrediente microincapsulate, cum ar fi aloe vera, vitamina E, retinol și cofeină, care pot oferi beneficii hidratante, ferme sau de slăbire. 17 Următoarea generație de produse textile cosmetice ar putea să depășească frumusețea, prin utilizarea de noi metode inovatoare pentru a oferi beneficii medicale, anti-îmbătrânire și de ameliorare a stresului prin textile de îmbrăcăminte și alte produse. În acest sens, fibrele de alginat și chitosan și țesăturile nețesute sunt foarte hidrofile și biocompatibile, care sunt materiale ideale pentru producerea măștilor de față. În plus, fibrele și țesăturile pot fi utilizate pentru a transporta diverse ingrediente bioactive pentru a obține o eliberare susținută pe piele. Figura 5 prezintă o mască de față din țesătură nețesută de alginat hidro încurcat.

Figura 5 Mască de față din țesătură nețesută de alginat hidro încurcat.

Pansamente funcționale pentru răni

Una dintre principalele aplicații ale fibrelor de alginat și chitosan sunt în materialele pentru pansament. Deoarece sunt polimeri hidrofili, se știe că fibrele de alginat și chitosan au capacități mari de absorbție și sunt capabile să rețină umezeala. Atunci când intră în contact cu exudatele plăgii, fibrele de alginat și pansamentele au proprietăți de schimb ionic prin care ionii de calciu din fibre sunt înlocuiți cu ioni de sodiu în fluidul corporal, rezultând formarea unui gel umed pe suprafața plăgii. Multe studii au confirmat proprietățile unice de vindecare a rănilor ale pansamentelor de alginat. 18-20

În ultimii ani, fibrele de alginat au fost folosite cu succes ca material de „vindecare umedă”. Pansamentele fabricate din fibre de alginat au ocupat o parte semnificativă a pieței pansamentelor de înaltă tehnologie din Europa de Vest și America de Nord. În mod similar, fibrele de chitosan au proprietăți noi de vindecare a rănilor și, în ultimii ani, s-a depus mult efort pentru a utiliza chitosanul ca material pentru aplicațiile de inginerie a țesuturilor, utilizând biocompatibilitatea și biodegradabilitatea sa excelente.

Produse de igienă

În ultimii 50 de ani, produsele absorbante de igienă, cum ar fi scutecele pentru copii, produsele pentru incontinență pentru adulți, tampoanele de protecție pentru femei și șervețelele de îngrijire personală au devenit toate caracteristici esențiale ale vieții moderne. Utilizarea lor crescută a fost însoțită de îmbunătățiri dramatice în sănătatea și igiena pielii; în special în incidența dermatitei de scutec. Fibrele de alginat și chitosan pot fi transformate în țesături nețesute hidro încurcate și utilizate ca strat de contact. Caracteristicile lor de formare a gelului și proprietățile antimicrobiene pot ajuta la menținerea unei interfețe proaspete și uscate între corp și materialele absorbante. În plus, acestea pot contribui la reducerea scurgerilor și la prevenirea contaminării și a transmiterii bolilor infecțioase.

Ingineria țesuturilor

Atât fibrele de alginat, cât și cele de chitosan au o biocompatibilitate excelentă și o afinitate celulară, ceea ce le face materiale ideale pentru prepararea schelelor în ingineria țesuturilor. Shao & Hunter 21 a dezvoltat un proces pentru combinarea proprietăților alginatului și chitosanului prin plasarea fibrei umflate de alginat de calciu din procesul de filare umed într-o soluție apoasă de chitosan. Odată ce chitosanul este absorbit pe suprafața fibrelor de alginat de calciu, fibrele rezultate din amestecul poli au fost apoi uscate prin congelare pentru a prepara materiale fibroase care pot fi utilizate ca material de schelă în ingineria țesuturilor. Figura 6 prezintă o ilustrare a aplicațiilor fibrelor de alginat și chitosan în ingineria țesuturilor.

Figura 6 O ilustrare a aplicațiilor fibrelor de alginat și chitosan în ingineria țesuturilor.

Atât alginatul, cât și chitosanul au multe proprietăți noi, ceea ce le face utile ca biomateriale excelente. Când sunt transformate în fibre, alginatul și chitosanul pot fi prelucrate ulterior în țesut, tricotat, nețesut și alte structuri bidimensionale. Alginatul și chitosanul au molecule de acid și, respectiv, grupe de amine, ceea ce le face ușor să formeze materiale noi cu ioni metalici sau prin modificări chimice pentru a obține performanțe mai bune. Fibrele de alginat și chitosan au fost deja folosite cu succes ca materii prime pentru fabricarea pansamentelor avansate pentru plăgi, igienă și produse cosmetice. Se poate prevedea că din ce în ce mai multe produse biomedicale noi pot fi dezvoltate din alginat, chitosan și materialele lor compozite.

Autorul declară că nu există niciun conflict de interese în publicarea articolului.

  1. Qin Y. Materiale textile medicale. Prima ed. New York: Elsevier; 2016. p. 264.
  2. Agboh OC, Qin Y. Fibre de chitină și chitosan. Polimeri pentru tehnologii avansate. 1997; 8 (6): 355-365.
  3. Qin Y. Fibrele de alginat: o privire de ansamblu asupra proceselor de producție și a aplicațiilor în gestionarea plăgilor. Polymer International. 2008; 57 (2): 171-180.
  4. Qin Y. Proprietățile de umflare pe gel ale fibrelor de alginat și aplicarea lor în gestionarea plăgilor. Polimeri pentru tehnologii avansate. 2008; 19 (1): 6-14.
  5. Bixler HJ, Porse H. Un deceniu de schimbări în industria hidrocoloizilor de alge marine. J Appl Phycol. 2011; 23 (3): 321-335.
  6. FAO. Statistici privind pescuitul și acvacultura. 2016.
  7. Speakman JB, Chamberlain NH. Producția de raion din acid alginic. J Society of Dyers & Colourists. 1944; 60 (10): 264‒272.
  8. Dong J. Observație clinică a promovării vindecării rănilor prin pansamentul cu chitosan. Revista chineză de nosocomiologie. 2011; 21 (5): 918-919.
  9. Tamura H, Tsuruta Y, Tokura S. Prepararea filamentului de alginat acoperit cu chitosan. Material Science & Eng C. 2002; 20 (1;2): 143-147.
  10. Knill CJ, Kennedy JF, Mistry J și colab. Fibrele de alginat modificate cu chitosani nehidrolizați și hidrolizați pentru pansamente. Polimeri carbohidrați. 2004; 55 (1): 65‒76.
  11. Miraftab M, Kennedy JF, Groocock R. Fibrele de gestionare a rănilor. USP2008/0097001 A1. 2008.
  12. Majima T, Funakosi T, Iwasaki N și colab. Fibre hibride complexe de alginat și chitosan poli ion pentru schele în ingineria țesuturilor ligamentare și tendinoase J Orthop Sci. 2005; 10 (3): 302‒307.
  13. Qin Y. Proprietăți de umflare a gelului fibrelor de alginat. J Știința polimerului aplicat. 2004; 91 (3): 1641-1645.
  14. Qin Y. Caracterizarea pansamentelor în alginat cu diferite structuri din fibre și textile. J Știința Polimerului Aplicat. 2006; 100 (3): 2516‒2520.
  15. Haug A, Smidsrod O. Efectul metalelor bivalente asupra proprietăților soluțiilor de alginat. II. Compararea diferitelor ioni metalici. Acta Chemica Scandinavica. 1965; 19 (2): 341‒351.
  16. Qin Y. Proprietățile de schimb ionic ale fibrelor de alginat. Textile Research J. 2005; 75 (2): 165-168.
  17. Wijesinghe WAJP, Jeon YJ. Activități biologice și potențiale aplicații cosmeceutice ale componentelor bioactive din alge marine brune: o revizuire. Phyto chem Rev. 2011; 10 (3): 431‒443.
  18. Pansamente Thomas S. Alginat în chirurgie și managementul plăgilor - Partea 1. J Wound Care. 2000; 9 (2): 56‒60.
  19. Pansamente Thomas S. Alginat în chirurgie și gestionarea plăgilor - Partea 2. J Wound Care. 2000; 9 (3): 115-119.
  20. Pansamente Thomas S. Alginat în chirurgie și gestionarea plăgilor - Partea 3. J Wound Care. 2000; 9 (4): 163-166.
  21. Shao X, Hunter CJ. Dezvoltarea unei schele din fibre hibrid alginat/chitosan pentru celulele inelului fibros. J Biomed Mater Res A. 2007; 82 (3): 701-710.

Meniu Jurnal

Link-uri utile

  • Ghidul autorului
  • Politica de plagiat
  • Sistem de evaluare inter pares
  • Calitatea de membru
  • termeni si conditii
  • Plătiți online
  • Pentru editori
    • Ghidul editorului
    • Ghidul editorului asociat
    • Alăturați-vă ca editor
    • Alăturați-vă ca editor asociat
  • Pentru recenzori
    • Liniile directoare ale recenzorilor
    • Procesul de publicare
    • Alăturați-vă ca recenzor
  • Descărcări
    • Trimiterea scrisorii de însoțire-manuscris
    • Trimiterea șablonului-manuscris
  • Plăcută

    • 929 NW 164 th Street, Edmond, OK 73013 (Adresă poștală) Mai multe locații

    Roosevelt 7/8, Sz échenyi Istv án t ér 7- 8C turn, etaj, -> 1051 - Budapesta

    Carrer de Muntaner 328 Entlo 1A 08021 Barcelona