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纖維紡織:醫療用紡織品

為了追求身心的舒暢與健康,依生活或工作環境不同的需求,不斷開發出各式令人感覺到清潔、健康、舒適與有療效的功能性纖維,可謂琳瑯滿目,種類繁多。
 
 
 
健康性纖維

負離子/遠紅外線纖維 把含有微量放射性物質的稀土族礦石粉碎到1微米以下,並混練到纖維內,同時混入遠紅外線放射礦石,便能提高負離子的效果。稀土族礦石所釋放出來的微弱放射線會使空氣中的微粒水分子離子化,同時使遠紅外線放射礦石激發而增加負離子的生成,因而有保健效果。

人類碰到急迫或特殊狀況時,會因交感神經反射而趨於緊張,但若長久處於緊繃的意識狀態下,身心健康會逐漸受到損害。若身處負離子少的不良環境,也會受到同樣的戕害。負離子可使副交感神經感應,使得情緒鬆弛安穩並可活化細胞,以提高免疫力並保健身體。

在醫學上,負離子進入人體時,會強化細胞活性,且會促使分隔細胞膜的電解質和老舊廢物的輸送與交換的代謝活化,藉以提高自然治癒力,更能夠使自律神經運行順利。反之,當太多的正離子進入人體時,就無法控制血液中的活性氧,導致電解質和老舊廢物的通行變差,使毒素留在體內,因而誘發癌症及慢性疾病,並加速老化。

人體中含有70%的水,有些植物所含的水更高達90∼95%,如果能夠使水分子經常保持共振、共鳴的狀態,便能夠促使附著在細胞表面上的自由水活化,加速鈣離子流動,促進生命體的細胞活性,改善血液循環,加強新陳代謝,達到預防疾病的目的。

遠紅外線能浸透最深的皮膚和皮下組織,令原子和分子振動,藉著共鳴吸收產生熱反應,使皮下深層溫度上升、微血管擴張,促進血液循環。同時能促進新陳代謝及組織活化,排除有害物質,減少疲勞和抗衰老,而達到增進健康活力的功效。

芬多精/芳香纖維 自古埃及時代,就開始使用天然植物油或芳香精油來防腐或消毒殺菌,以保存物品或阻止瘟疫,如薰衣草和竹檀香木油可輕易殺死黃熱病等細菌。近年來,人們發現森林浴的樹木芳香精油擴散有殺菌和令人心情放鬆的作用,因而可以消除疲勞,達到促進身心健康的效果。

抗菌防臭健康性纖維 抗菌防臭加工可視為染色的延伸。原先的目的是防止纖維劣化,並非為了差別化和流行性,爾後為了防止微生物劣化和惡臭而開發出抗菌防臭纖維製品。

一般抗菌防臭加工的方法,可分為原液紡絲混練法和後處理加工法兩種。聚酯、尼龍等人造纖維產品採用原液紡絲混練法,具耐久性且手感較佳的特色。然而棉、毛、絲等天然纖維,仍採用後處理加工法,缺點是耐洗滌性不足及手感較差。

光觸媒殺菌除臭纖維 光觸媒殺菌除臭纖維中含有二氧化鈦,二氧化鈦本身是一種半導體,它的頻隙(能隙)是3.2 eV,相當於波長390奈米紫外線的能量,因此可利用等於或小於波長390奈米的紫外線,使二氧化鈦表面起氧化和還原反應,分解各種臭氣的化合物。經波長400奈米以下的紫外線照射後,二氧化鈦的表面會和空氣中的水與氧反應。二氧化鈦吸收能量後形成電子(e-)和正孔(電洞h+)兩種載流子,正孔會把吸附在表面上的水氧化成氧化力強的羥基(.OH),可分解微生物細菌等有機物。另一方面,電子可把空氣中的氧氣還原成過氧化物陰離子(.O-2),形成H2O2,最後成為H2O。由於正孔的高氧化力遠大於有機物分子的C-C、C-H、C-N、C-O、O-H、N-H等的鍵能,因此可切斷、破壞有機分子的結合,而具有除臭、抗菌的機能。

紫外線遮蔽纖維 雖然紫外線可促進維生素D的生成和預防侷僂病,但1982年南極觀測到臭氧層濃度減半,接著1985年英國Farman等人在Nature 期刊發表了臭氧層破洞的現象,引起世界的回響。由於臭氧層破壞,使得有害的紫外線大量到達地球表面,且近年來使用的氟氯碳化物滯留在地球上空,經紫外線分解後形成活性氯,活性氯會和臭氧連鎖反應使得臭氧層的破壞日益嚴重。

臭氧濃度減少1%,紫外線量會增加1.7∼1.9%,且短波長紫外線對人類和生物有重大的影響。因此在未重建臭氧層前,宜開發紫外線遮蔽纖維,以減少肌膚的傷害。

當紫外線照射到皮膚上時,角質層吸收約60 ∼ 80%,再被絲層吸收6 ∼ 18%,滲透到真皮內的有10 ∼ 20%。紫外線A(UV-A)較B(UV-B)滲透得較深,可見光線和紅外線會到達皮下組織。其中,長波長UV-A(320 ∼ 400奈米)最接近可見光,稱為日線,它會深入真皮部,助長黑色素生成和促進皮膚老化。中波長UV-B(290 ∼ 320奈米)會引起曬傷、皮膚起紅斑和水泡等。短波長UV-C(200 ∼ 290奈米)會引起黑化致癌。

一般短波UV-C會被大氣中二氧化碳吸收而無法到達地面,部分UV-A和UV-B也會被臭氧層吸收。但臭氧層被氟氯碳化物破壞後,到達地面的紫外線強度的增加約為臭氧層濃度減少程度的2倍。

防止紫外線對人體的傷害,可在紫外線未達表皮前予以吸收、除去,或利用反射原理阻礙紫外線到達表皮層。一般紫外線遮蔽加工的方式,是採用紫外線吸收劑和散亂劑兩種。

物理性的散亂劑主要是無機顏料,利用物質對光的高屈折率使紫外線反射而防止侵入皮膚。它的加工方式主要是在纖維聚合前混入二氧化鈦陶瓷粒子,使陶瓷粒子均一地分散於紡絲液中,待抽絲後就可得到紫外線遮蔽纖維。通常當二氧化鈦粒子大小是波長的一半(λ/2)時反射效果最佳,因此,二氧化鈦的粒徑在0.15 ∼ 0.2微米時,最適合反射紫外線。

備長炭/竹炭/椰炭纖維 由於備長炭/竹炭/椰炭纖維具有負離子、遠紅外線、抗電磁波、除臭、吸溼透氣等多重功能,因此日本及臺灣學者專家和纖維廠商積極投入研發,目前已有運動休閒、內衣褲、襪子等商品問世,以健康性為訴求,即使價格較高,仍受青睞。

備長炭/竹炭/椰炭纖維的製造流程是:初期炭化工程、高溫炭化工程、活性化工程、粉碎工程、均勻分散工程、紡絲工程等程序。

竹炭纖維的束管纖維組織發達,經電子顯微鏡放大500倍後觀測,發現它的BET表面積高達250 ∼ 360平方公尺/公克,相當於每1公克的竹炭面積有一個足球場的大小。由於這種特殊結構,使竹炭具有強大的吸著能力,可吸附空氣中的水分子和微塵。竹炭纖維的吸著和釋放負離子的能力是備長炭的數倍。

竹醋液(bamboo vinegar)是高溫燒製竹炭時,燻煙霧氣凝成的液體,具有獨特煙熏香氣,pH值是3 ∼ 4,有機物含量約8%,其中醋酸占有機物的40 ∼ 60%,目前竹醋液已引起日本和中國大陸科學界以及企業界的廣大關注。在日本,竹醋液可用為胃腸藥、皮膚藥或蚊蟲咬傷等用藥。竹醋液也可添加在皮膚保養品中,包括化妝水、乳液、乳霜、潤膚膏和基礎化妝品。在頭髮保養品方面,有竹醋液洗髮精、潤絲精,甚至沐浴乳、足癬藥等。

醫療性纖維

甲殼素纖維 甲殼質也稱幾丁質,是多醣類的一種,是纖維素葡萄糖OH基以醋酸氨基取代的分子結構,復經脫乙醯基後形成甲殼素(或稱幾丁聚醣或殼聚醣),藉溼式紡絲法抽絲可形成甲殼素(質)纖維。甲殼類的原料通常含有鈣50%,蛋白質30%和甲殼質20%。甲殼素(質)纖維具有抗菌性、低抗原性、保溼性與安全性,適合製作免拆手術縫線、人工皮膚(或稱人造皮膚)、洗腎機滲透膜、整腸藥和化妝品。

靜電紡絲奈米纖維 靜電紡絲是藉高電壓使高分子溶液或熔融體帶有噴射電荷,並使噴出的奈米纖維乾燥固化。高分子溶液的放電噴射是一種掃塗過程,在這過程中使溶劑蒸發固化,留下無規則排列且帶電荷的高分子奈米纖維在金屬集合器上。

奈米纖維薄膜由纖維隨機組合,直徑約為20∼200奈米,大約是頭髮的千分之一,十分纖細,具有高孔洞性、高表面積、高透溼性、高吸附力和多化學官能基,可應用在航太、建築、生醫、防護、光電、化妝品等各類產品上。

目前奈米纖維的產品有無塵室紡織品、過濾材、外科手術衣、生物醫藥相關產品、組織重建支架、蓄電池薄膜、化妝品薄膜等產品。奈米纖維薄膜做成的口罩,可過濾花粉,預防花粉症或SARS等濾過性病毒所造成的疾病。

藥物釋放絲蛋白膜 絲蛋白薄膜是利用蠶繭下腳加以特殊化學處理而成的,由於具有多孔性和可食性,因此可做為藥物延遲釋放控制用的膠囊膜。

一般用蒸發法製造的絲蛋白膜孔洞較少,利用冷凍法可研製出多孔的絲蛋白膜,後者的藥物滲透釋放效果應較佳。

膠原蛋白纖維 膠原蛋白又稱為「膠原質」,是組成各種細胞外間質的聚合物,在動物細胞中扮演結合組織的角色。它主要是以不溶性纖維蛋白的形式存在,在人體的組成中約占蛋白質的25∼30%,扮演著有如建構房屋的「鷹架」的角色,提供組織張力以保護並連結各種組織,支撐起人體的結構。

膠原蛋白分子的分子量約為283,000道爾頓,長約280奈米,直徑1.4奈米,兩端非螺旋結構部分的合成機制會引起免疫反應。在體內的細胞間質中,膠原蛋白分子不會單獨存在,而是聚集成纖維。當細纖維形成後,多胜肽鏈上的羥基脯胺酸和離胺酸會與酵素作用,產生分子內或分子間的交聯而加強支撐功能,纖維並會隨著年齡增加而加粗至直徑約50 ∼ 300奈米。

膠原蛋白可重組或經處理成多種形態,如纖維、薄膜、管狀、海綿狀、粉末或柔軟的纖維織品。目前已應用在止血、神經重建、組織整形、燒燙傷、脫腸修補、尿道手術、藥物釋放、眼科、陰道避孕器、修補心瓣膜、血管壁手術和手術縫線等所需的生醫材料上。

智慧型纖維服飾 歐美各國的研究人員正在開發智慧型高科技織物,這種特殊內衣以老人、病患或兒童為對象,可即時監測穿著者的心跳等體能資料,如發現緊急情況會立即通報。這類服飾是以醫療保健為思考主軸感應生理狀況的織物,設計概念是把材料或資料處理裝置嵌入織物,讓各式感應器在極短時間內發出訊號,以便達到事前的防護或讓急救行動能及早進行。內嵌在衣服上的偵測器可偵測心音、血壓、呼吸頻率等資料,並把這些資料遠距傳送給醫生或家屬。

某企業研發能測量血液中某種特定藥物濃度,並透過內嵌在衣服裡的小型注射器定時給藥的服飾產品。病人只要穿上生理監控服飾,衣服內的微機電系統就能完成醫生和護士的部分工作,以節省公共醫療資源,未來這種內衣甚至可以為心臟病突發的老人自動實施急救。歐美日先進國家目前正研究商業化的智慧型纖維服飾與健康管理系統。

中空纖維膜 一般紡織用纖維的功能性是以保溫、吸溼、排汗和改善觸感為主。而中空纖維膜的外觀形態雖和一般纖維相似,但它的功能特性迥異。中空纖維膜的主要功能是雙或多成分混合液體或氣體的分離或純化,它的應用範圍廣泛,包括生醫科技(如組織培養、藥物控制釋放、血液透析、血漿分離、尿毒洗腎等)、工業科技(如氮/氧分離、純水製造等)、環保科技(廢水與重金屬等化學物質回收)、自來水(如海水淡化)等。

生醫產業是未來的明星產業,更是臺灣兩兆三星的最佳和最有前瞻性的產業,臺灣的生醫公司已投入大量研發資金和設備來發展。健康和醫療用紡織品的製造加工及其產品應用的異業結合,前景一片光明。
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