MedCrave online

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.

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.