醫(yī)用縫合線的研究進(jìn)展

王旭晨，吳沁婷，鄭兆柱，李毓陵，李 翼，王曉沁，李 剛*

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215123；2.現(xiàn)代絲綢國家工程實(shí)驗(yàn)室(蘇州)，江蘇 蘇州 215123；3.東華大學(xué) 紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201620；4.曼徹斯特大學(xué) 材料學(xué)院，英國 M139PL)

當(dāng)人體內(nèi)的組織由于切口或其他損傷造成開裂，與外來醫(yī)療器械相連接，進(jìn)行無菌外科移植、血管結(jié)扎和器官移植等臨床手術(shù)時(shí)，使用醫(yī)用縫合線是外科創(chuàng)傷處理的主要選擇[1]。縫合的主要目的是將傷口、手術(shù)切口和組織固定和結(jié)扎在一起，促進(jìn)和加快愈合，在受傷或手術(shù)后不形成疤痕[2]。手術(shù)縫合線是外科手術(shù)中不可或缺的線體材料，通常由纖維單絲、復(fù)絲編織或加捻而成?？p合線在外科臨床中要有一定的抗張強(qiáng)度，便于操作，還要有一定的生物學(xué)特性，如生物相容性、生物穩(wěn)定性和生物可降解性，與細(xì)胞和生物體液不發(fā)生炎癥反應(yīng)，是專門用于特定環(huán)境中的生物醫(yī)用紡織品[3]。

在過去的幾十年中，除了縫合線以外，外科手術(shù)或創(chuàng)傷后的傷口閉合處理中還使用了其他材料，如微孔手術(shù)帶、手術(shù)夾、螺釘、縫合針、手術(shù)膠和黏合劑[4]等，但存在操作耗時(shí)、去除過程中會(huì)引起滲漏、傷口分離、組織結(jié)疤，增加感染的風(fēng)險(xiǎn)，生物相容性差、缺少彈性和開發(fā)成本高等問題[5]。縫合線所具有的穩(wěn)定性和靈活性是其他材料所代替不了的，仍是外科手術(shù)的主要處理手段[6]。近年來，我國縫合線的市場規(guī)模的復(fù)合增長率為19.9%左右，2015年我國縫合線市場規(guī)模為53.34億元，2019年全球手術(shù)縫合線市場總值超過了200億元。預(yù)計(jì)未來5年，隨著國內(nèi)醫(yī)療質(zhì)量要求的提高，我國縫合線市場需求將會(huì)進(jìn)一步增加[7]。隨著材料科學(xué)和外科技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，縫合線在神經(jīng)外科、骨科、眼科、牙齒和口腔、心血管、氣管和胸、胃腸道、皮膚、角膜、整形和重建手術(shù)等方面具有強(qiáng)大的開發(fā)前景和潛力[8]。文章系統(tǒng)闡述了醫(yī)用縫合線的發(fā)展歷史和研究現(xiàn)狀，詳細(xì)介紹了縫合線的不同種類、材料、性能要求和制備技術(shù)進(jìn)展等，并分析了縫合線的存在問題和未來發(fā)展趨勢。

1 醫(yī)用縫合線的發(fā)展背景

縫合線在材料和制備技術(shù)上經(jīng)過了4 000多年的發(fā)展[9]，古瑪雅人最早用大黑蟻的蟻身紐結(jié)來縫合傷口，在古埃及、古印度、古希臘和東非等地，人們已普遍使用金屬絲、頭發(fā)、草、蠶絲、亞麻、馬鬃、豬鬃、動(dòng)物肌腱、動(dòng)物筋、皮革和棉線等纖維作縫合材料。16世紀(jì)蠶絲縫合線開始作為血管結(jié)扎，19世紀(jì)消毒的羊腸縫合線被推出。19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，絲線和使用碘滅菌處理的羊腸黏膜線開始大量使用。1930年前絲線和腸線一直主導(dǎo)著縫合線市場。在古代，人們使用的通常是天然纖維，如金屬絲、動(dòng)物毛發(fā)、腸線、膠原線和棉、麻等動(dòng)植物纖維，普遍存在不易吸收、易引發(fā)手術(shù)部位感染(Surgical Site Infections，SSI)等問題，滅菌后的腸線仍存在感染風(fēng)險(xiǎn)，在許多國家逐漸被放棄使用，而絲線仍使用至今[10]。

表1 醫(yī)用縫合線的發(fā)展歷程[9-14]

隨著合成工業(yè)和外科學(xué)發(fā)展，合成纖維被引入作為縫合材料，如聚乙交酯(Polyglycolide，PGA)、聚對二氧環(huán)己酮(Polydioxanone，PDO)等[11]。第二次世界大戰(zhàn)期間，鋼絲和合成的不可吸收纖維(如尼龍和聚丙烯)開始引入，20世紀(jì)50年代后，陸續(xù)開發(fā)了滌綸線、聚丙交酯-乙交酯(Poly-lactic-co-glycolic acid，PLGA)等。60年代，通過調(diào)節(jié)分子交聯(lián)程度，新開發(fā)了可控制體內(nèi)吸收速度膠原線，70年代，開發(fā)出甲殼素及其衍生物纖維[12]。德國與美國科學(xué)家研究出“形狀記憶”功能縫合線。2003年，美國強(qiáng)生愛惜康推出了第一條三氯生涂層抗菌縫合線Vicryl Plus[13]，具有輕度的炎癥反應(yīng)和快速的組織吸收作用。近年來，人們已不滿足于縫合線縫合、促進(jìn)傷口愈合的作用，開始著力于研究開發(fā)高效率、效果好、危害小的縫合線。新型涂層、緩釋消炎、抗菌載藥、電子和形狀記憶等促進(jìn)傷口治療和具有附加能力的智能縫合線引起人們的關(guān)注，但至今仍未有一種縫合線可以滿足所有類型的外科和醫(yī)療要求[14]。

2 醫(yī)用縫合線的性能要求

理想的醫(yī)用縫合線性能要求如表2所示[15]?？p合線植入體內(nèi)，與體內(nèi)組織相互作用，生物相容性是重要的指標(biāo)，包括血液相容性、組織相容性、低免疫原性、不引發(fā)免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)；對于可吸收縫合線材料，要能夠在體液環(huán)境中降解，不引起炎癥反應(yīng)和排異反應(yīng)，可生物降解和可生物吸收，降解速率需與組織愈合時(shí)間相匹配，降解產(chǎn)物對人體刺激性小，可被吸收或排出體外；縫合線用于固定傷口，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需保持良好，包括勾結(jié)強(qiáng)度、柔韌性、彈性、打結(jié)性及持結(jié)性，不造成組織凹陷、裂口、血凝塊和細(xì)菌的粘附，不因接頭緊密而磨損原料；縫合線在使用時(shí)，在體內(nèi)能保持一定的拉伸強(qiáng)度、延伸度、摩擦系數(shù)、彈性模量、應(yīng)力松弛和蠕變，不會(huì)受力而斷裂，可長期保存，截面直徑應(yīng)盡可能?。辉谔幚硖匦苑矫?，要求易染色、耐消毒和可徹底殺菌處理；其他方面，應(yīng)不易感染細(xì)菌，有一定的柔韌性和結(jié)安全性，應(yīng)盡可能不糾纏醫(yī)用橡皮手套，不使手術(shù)繁瑣，不浪費(fèi)手術(shù)時(shí)間，便于操作。

表2 醫(yī)用縫合線的性能要求[15]

3 醫(yī)用縫合線的材料和結(jié)構(gòu)

外科醫(yī)生在手術(shù)中必須選擇合適的縫合線用于手術(shù)傷口閉合?？p合線的種類繁多，針對不同的手術(shù)部位、要求和治療目的，如炎癥反應(yīng)、愈合時(shí)間、縫合線吸收時(shí)間、線體對組織的支撐作用等，不同的手術(shù)應(yīng)選擇不同材料?？p合線通常根據(jù)材料來源(天然、合成和金屬)、材料吸收性能(可吸收或不可吸收)以及縫合線的結(jié)構(gòu)(單絲、復(fù)絲、編織、加捻和倒刺)分類[16]。

3.1 醫(yī)用縫合線的材料

醫(yī)用縫合線的材料分類如表3所示。可吸收縫合線在生物環(huán)境中可再生降解，在人體組織內(nèi)可降解成為可溶性產(chǎn)物，減少體內(nèi)殘留，在體外和動(dòng)物模型中表現(xiàn)良好，失去功能之后將慢性不良組織反應(yīng)減至最小，不易引起組織感染?？晌湛p合線具有良好的生物相容性、生物活性及促進(jìn)傷口愈合，避免了拆除風(fēng)險(xiǎn)，且對人體無害，但支撐時(shí)間較短，主要用于生物體內(nèi)部器官，如心血管、眼科、美容和皮內(nèi)傷口閉合等。非可吸收縫合線代謝困難，在人體內(nèi)易殘留，易產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，但可用于易拆除或拆除不會(huì)影響組織的傷口愈合，以及需要提供組織支持的部位，通常用于術(shù)后或切割損傷時(shí)表面表皮組織的封閉縫合，并在傷口愈合后取出。

表3 醫(yī)用縫合線的分類[16]

天然材料除膠原外，通常吸收較慢，金屬材料通常不可吸收，合成可吸收縫合線克服了天然材料的缺點(diǎn)，由于其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在人體內(nèi)通過酸或堿的作用而完成降解，不可吸收縫合線是采用不可吸收材料制備，如聚酯、鈦鎳合金絲線和棉線等。腸線是20世紀(jì)30年代以來可吸收的主要縫合材料，具有較高的韌性。腸線的主要成分是膠原蛋白，膠原是皮膚和皮革的主要成分，是多細(xì)胞生物的主要結(jié)構(gòu)蛋白，可以通過酶消化富含天然膠原蛋白的組織或通過用鹽溶液提取組織來制備重組膠原蛋白，膠原蛋白可生物降解且免疫活性低。在歐洲和日本，腸線因牛海綿狀腦病而被禁止。20世紀(jì)70年代初期成功開發(fā)了合成可吸收聚合物PGA，具有良好的生物相容性、可降解性和拉伸強(qiáng)度，它被涂覆以改善縫合性能和打結(jié)性能，以便平滑地通過組織。第一批可吸收的聚合物外科縫合線是Dexon(Davis&Geck)系列商業(yè)縫線(首個(gè)獲得FDA批準(zhǔn))，之后陸續(xù)開發(fā)了Vicryl(Ethicon)、PDO(Ethicon)等商業(yè)化可吸收縫合線。聚乳酸(Polylactic acid，PLA)具有生物降解性和生物相容性，較高的機(jī)械強(qiáng)度，但由于高疏水性有時(shí)會(huì)導(dǎo)致吸水性差，水解降解速度變慢，適用于縫合、血管移植和其他外科可吸收植入材料[17]。PLGA具有良好的機(jī)械和降解性能，毒性小，由乙醇酸(GA)和乳酸(LA)的環(huán)二聚體的隨機(jī)聚合而成，可以通過酯鍵的水解，緩釋制劑在臨床上有降低治療藥物毒性，改善頻繁給藥對患者造成的藥物依賴性，降低成本的作用，市場上或開發(fā)中的大多數(shù)持續(xù)藥物遞送制劑都基于合成聚合物，如PLGA[18]。PDO縫合線[19]降解速度緩慢適中，單絲在3周后會(huì)失去50%的初始斷裂強(qiáng)度，并在6個(gè)月內(nèi)被吸收，可作為縫合線提供較長的機(jī)械支撐?？晌盏勾炭p合線多采用PDO材料，降解產(chǎn)物可隨代謝作用排出。

天然不可吸收縫合線有棉、亞麻和絲線等，棉在6個(gè)月左右強(qiáng)力下降50%，亞麻在濕態(tài)下強(qiáng)力會(huì)增加10%，棉和麻早期用于胃腸道手術(shù)，由于合成纖維的發(fā)展，它們已被代替，現(xiàn)已不再使用。絲線性能優(yōu)異，具有高機(jī)械強(qiáng)度，低免疫反應(yīng)，低細(xì)胞毒性，用于血管和耳鼻喉科等手術(shù)中，但絲線不吸收、不能長期保留張力，不適于大血管的手術(shù)及顯微外科的縫合[20]。Zhu[21]采用酶脫膠法將琥珀蠶絲單絲抽取，并進(jìn)行蜜蠟涂層處理改善表面摩擦性能，選用直徑0.6 mm、弦長4 mm的3/8弧嵌裝針，制備了琥珀蠶絲縫合線，用于整形外科。合成不可吸收縫合線有聚酰胺(Polyamide，PA)、聚酯(Polyethylene，PE)和聚丙烯(Polypropylene，PP)等，通常強(qiáng)度高、維持強(qiáng)度時(shí)間長、操作性能好，但不可吸收材料實(shí)際操作中很難降解，易留疤痕。永久性聚丙烯縫合線在20世紀(jì)90年代提出，用于皮膚修理。2004年，F(xiàn)DA批準(zhǔn)雙向倒刺的永久性PP縫合線，用于皮膚提拉手術(shù)和軟組織固定等，但由于不可吸收，結(jié)構(gòu)美感沒有改善，并出現(xiàn)感染和擠壓等并發(fā)癥，在2007年退出市場[22]。與合成纖維相比，金屬材料制備的縫合線具有更高的強(qiáng)度，能承受更高的應(yīng)力，通常不可降解，但有學(xué)者研究了鎂(Mg)、鐵(Fe)、鋅(Zn)及其合金可生物降解的植入金屬，可作為可生物降解合金縫合線[23]。

3.2 醫(yī)用縫合線的結(jié)構(gòu)

醫(yī)用縫合線的常見結(jié)構(gòu)如表4所示?？p合線有各種尺寸和結(jié)構(gòu)可供選擇，不同的尺寸和結(jié)構(gòu)可用于各種應(yīng)用。中國醫(yī)藥行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YY0167-2020根據(jù)尺寸，將非吸收縫合線分為12-0到10，表示縫合線直徑大小的0前數(shù)越大，所形成的股徑越小(例如，4-0大于5-0)，抗拉強(qiáng)度就越小。單絲加捻可包覆擠壓材料，但加捻后織物阻力小。復(fù)絲由單絲編織或加捻而成，具有高力學(xué)性能，表面粗糙有空隙，能作為搭載藥物的載體，增加處理功能，但由于表面空隙易受細(xì)菌影響，易引發(fā)炎癥，同時(shí)織物阻力大，會(huì)導(dǎo)致組織損傷。根據(jù)表面有無倒刺可分為光滑和倒刺縫合線。光滑縫合線錨定到組織中需要打結(jié)，緊繃的結(jié)會(huì)導(dǎo)致壞死組織重疊，減少成纖細(xì)胞增殖，同時(shí)結(jié)會(huì)引起細(xì)菌增殖和炎癥反應(yīng)，對于微創(chuàng)手術(shù)操作困難。倒刺在縫合線無結(jié)自錨定，刺入組織固定能控制傷口張力，防止縫線移動(dòng)，降低高張力點(diǎn)，雙向倒刺沿表面軸向定向排列，在相反方向上具有錨定能力，阻止縫合線相對組織移動(dòng)[24]。

表4 醫(yī)用縫合線的常見結(jié)構(gòu)[16]

圖1 不同種類縫合線的圖片[24,39,60,78]

4 醫(yī)用縫合線的制備工藝

縫合線的制備方法有熔融紡絲、濕法紡絲、靜電紡絲和編織等技術(shù)，由天然纖維、合成聚合物纖維以及金屬纖維制成。

4.1 紡絲工藝

在縫合過程中，可以通過靜電紡絲將合成和天然聚合物加工成直徑范圍為5～500 nm的納米纖維[25]，這種方法經(jīng)濟(jì)有效且方便，利用高電位電場來生產(chǎn)具有較小孔和較大表面積的纖維，可調(diào)孔隙率和延展性[26]。載有藥物和染料的PLGA縫合線是通過靜電紡絲制造的[27]，力學(xué)測試表明染料縫合線的強(qiáng)度是載藥縫合線的兩倍。Santiago-Morales[28]等研究了由聚丙烯酸(Polyacrylic acid，PAA)和聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)制得的電紡納米纖維的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)PAA質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量大于35%時(shí)抑菌作用更明顯。Xu[29]等將具有銀納米顆粒的合成生物可降解聚乳酸(Polylactic acid，PLA)靜電紡絲，制成的纖維對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌具有出色的抗菌性能，掃描電子顯微鏡圖像顯示銀納米顆粒在纖維中的分布均勻。Lowe[30]等將丙烯腈與1-乙烯基咪唑共聚物(AN/VIM)熔融紡絲，生產(chǎn)出具有高耐用性和拉伸強(qiáng)度的縫合線材料，可以在3天的時(shí)間內(nèi)以84 μmol/g的速率釋放一氧化氮(NO)的纖維，為了控制NO的釋放，將縫線浸入PCL中，在纖維上形成多孔涂層，可生物降解的涂層減慢了NO的釋放，NO在機(jī)體血液凝固、血管舒張、肺動(dòng)脈高壓、神經(jīng)傳遞等生理功能中起關(guān)鍵作用[31]。隋修武[32]等通過濕法紡絲制備了縫合線，將殼聚糖、膠原蛋白、蓖麻油經(jīng)超噴絲機(jī)構(gòu)制成初生態(tài)絲，經(jīng)凝固浴與凝固液雙擴(kuò)散作用形成成品絲，再經(jīng)加捻和解捻編制成縫合線，后經(jīng)交聯(lián)、清洗、烘干、卷入帶有微細(xì)牽伸張力控制的收卷機(jī)構(gòu)，完成纏繞制備，他們還研究了超細(xì)縫合線的線快速測量與高精度成型控制，提高紡絲線徑均勻率，保證超細(xì)縫合線的精確成形[33]。

4.2 涂層工藝

涂層通常用于編織或加捻的縫合線，將具有一定功能的生物活性分子如納米顆粒、藥物、抗菌劑或治療劑涂在縫合線上，賦予抗菌或藥物緩釋等功能。在浸涂中，將縫線浸入藥物或生物材料中一段時(shí)間，然后干燥。傳統(tǒng)的涂層材料有蜂蠟、石蠟、硅酮和聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTFE)等。涂層材料的化學(xué)性能與所用縫線相似，不發(fā)生反應(yīng)。涂層的使用取決于縫線是否可吸收或不可吸收?？晌胀繉影ú绰迳衬?88、硬脂酸鈣以及GA和LA的共聚物[34]。不可吸收縫線可涂蠟、硅膠和氟碳化合物等，也可進(jìn)行染色以便在手術(shù)中觀察，通常使用的染料有：紅木提取物、鉻鈷鋁氧化物、檸檬酸鐵銨、鄰苯三酚、D&C藍(lán)9號(hào)、D&C藍(lán)6號(hào)、D&C綠5號(hào)和D&C綠6號(hào)等[35]。染色通常與人體血液顏色加以區(qū)別。新型涂層著重于縫合線的功能性，通過涂覆方法，直接負(fù)載物質(zhì)在縫合線上，從而獲得具有緩釋功效和理想的物理和處理性能的縫合材料。

4.3 編織加工

縫合線通常使用醫(yī)用編織機(jī)進(jìn)行編織，采用外殼加芯線的形式，編織過程中要設(shè)定性能參數(shù)，如芯線與外殼比例、編織密度。施雪芳[36]等研究了真絲縫合線結(jié)構(gòu)，探討了性能影響因素，芯線和外殼比例、線徑、彎曲剛度、摩擦系數(shù)與打結(jié)強(qiáng)力等關(guān)系，以及編織密度對性能的影響。侯丹丹[37]等使用國產(chǎn)12錠立式編織機(jī)制備2-0型真絲編織縫合線，研究了齒輪比參數(shù)對編織縫合線形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響，并采用絲涂和兩浸兩壓的方法對真絲復(fù)絲紗進(jìn)行鹽酸左氧氟沙星藥物抗菌涂層，測試了抗菌性能[38]。Chen[39]等以鹽酸左旋氧氟沙星和聚ε-己內(nèi)酯為涂層原料，用圓形編織機(jī)編織成抗菌縫線，通過調(diào)整齒輪比編織，每條編織絲線由12條殼線和1條芯線組成，12個(gè)載體攜帶12個(gè)殼股，以實(shí)現(xiàn)圍繞放置在圓形編織機(jī)中間的靜態(tài)芯線的獨(dú)立連續(xù)運(yùn)動(dòng)，殼線和芯線通過兩浸兩滾涂機(jī)進(jìn)行抗菌涂層溶液處理，制備了載藥縫合線。賀超恒[40]等研究了絲素蛋白基載藥抗菌縫合線，通過16錠編織機(jī)，調(diào)整齒輪比、芯線設(shè)置、編織轉(zhuǎn)速得到線徑規(guī)格為0.300～0.339 mm(2-0)的真絲縫合線，并以水蒸氣處理和甘油對絲素蛋白結(jié)構(gòu)修飾，發(fā)現(xiàn)兩種處理方式促進(jìn)了絲素蛋白中β-折疊結(jié)構(gòu)的形成，對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌抗菌作用突出，抗菌持續(xù)性可達(dá)4天，團(tuán)隊(duì)還研究了蠶絲生物材料負(fù)載天然抗菌藥物的控制釋放。

4.4 單絲復(fù)合

Seitz[41]等將鎂合金ZEK 100(98%Mg)、AX 30(96.2%Mg)、AL 36(91%Mg)和MgCa 0.8(99.2%Mg)多次拉絲加捻，還原為直徑在0.5～0.1 mm之間的單絲，隨后使用絞合將這些細(xì)絲捻成多絲縫合材料，分析微觀結(jié)構(gòu)成分和機(jī)械摩擦學(xué)性能，并對單絲和復(fù)絲線束進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)，確定了拉絲成型率，溫度和熱處理的適當(dāng)參數(shù)，在研究過程中，合金ZEK 100表現(xiàn)出高抗拉強(qiáng)度和斷裂應(yīng)變，與傳統(tǒng)的聚合物縫合材料相當(dāng)。

4.5 倒刺工藝

倒刺主要通過在縫合線主體上切割而成，包括機(jī)械切割和激光切割，此外，通過模具注塑、沖壓、擠出和化學(xué)燭刻等也可以獲得倒刺結(jié)構(gòu)。機(jī)械切割是最常見的倒刺制備方法，Genova[42]等設(shè)計(jì)的裝置中刀片在某一位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)以切割獲得倒刺，縫合線沿其軸向移動(dòng)，制備多個(gè)倒刺，可選用不同形狀的刀片或改變刀片運(yùn)動(dòng)方向變換倒刺形狀。Maiorino[43]等采用超聲波使刀片振動(dòng)形成倒刺，通過控制振動(dòng)的波幅改變切割的深度和角度，進(jìn)而改變形狀。激光切割可以在各種基材上產(chǎn)生凹槽，精確度高、熱應(yīng)力小，可制造特定的圖案。模具注塑能保持縫合線主體的強(qiáng)度，效率高、成本低。詹澤豐[44]等通過熱壓、熱熔、熱收縮的方法將倒刺固定在縫合線主體上，帶斜壁的環(huán)狀部與固定部相連接，倒刺呈環(huán)向均勻分布在環(huán)狀部的中末端。

4.6 消毒滅菌

縫合線使用時(shí)需要做到無菌，可以通過環(huán)氧乙烷、高壓滅菌或伽馬射線三種標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行滅菌[45]。環(huán)氧乙烷滅菌方便快捷，成本低，效果好，但是會(huì)有殘留和有害氣體排放,環(huán)氧乙烷的副作用較小，滅菌后去除生物材料中殘留的環(huán)氧乙烷普遍困難；高壓滅菌無毒無害，但是能源消耗高，效率低，效果較差，另外，高壓環(huán)境可能會(huì)對縫合線的物理性能有一定的影響，蒸汽是工業(yè)中常用的滅菌方法，但它可能導(dǎo)致材料形貌的變化和結(jié)晶度的提高。伽馬(γ)輻射線輻照是生物材料滅菌的合適方法，包括高能光子輻照等，然而這種處理易引發(fā)降解或引起塑性變形，對一些聚合物和有機(jī)材料會(huì)產(chǎn)生不利影響，從而導(dǎo)致體內(nèi)性能的改變。γ射線滅菌效果好，效率高，但是成本較高,無論是在空氣中還是在氮?dú)猸h(huán)境中，γ射線輻照都不會(huì)顯著改變材料的性質(zhì)。此外，還可以通過乙醇進(jìn)行滅菌，大多數(shù)體外研究中，乙醇被用來消毒，在實(shí)驗(yàn)室中，用乙醇浸泡處理也是一種可行的標(biāo)準(zhǔn)做法。

5 醫(yī)用縫合線的現(xiàn)狀及研究趨勢

5.1 絲素蛋白縫合線

脫膠蠶絲成分為絲素蛋白(Silk fiborin，SF)，可通過規(guī)模化人工養(yǎng)殖實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)與應(yīng)用，SF可被用作生物材料，用于遞送治療或作為生物活性分子[46]。SF及其衍生物來源于家蠶蠶繭，由于其優(yōu)異多功能性、生物相容性、可生物降解、低免疫原性、柔順性、抗張力度、易于加工和可控制的體外降解性等[47]，被廣泛用于組織工程、控制和釋放藥物輸送的載體、組織再生材料和再生物復(fù)合材料[48]，以及傷口閉合修復(fù)置換手術(shù)，因此，SF是十分合適的縫合線材料。近年來，SF被發(fā)現(xiàn)具有刺激細(xì)胞遷移和增殖、促進(jìn)傷口愈合的作用[49]，目前，基于SF的縫合線可用于治療多種慢性和急性(如燒傷)傷口。SF可作為再生纖維和紗線，機(jī)織、針織或編織成縫合線結(jié)構(gòu)，用于體外植入、保健和衛(wèi)生產(chǎn)品等方面，如作為植入物對軟組織進(jìn)行修復(fù)，還可用于表面涂層、理化改性等。國內(nèi)外研究工作者從分子水平解析了絲素蛋白的構(gòu)效關(guān)系，并依此改造并獲得新型蠶絲縫合線[50-51],研究認(rèn)為絲素蛋白具有可控的體內(nèi)外降解，空間構(gòu)造分別為Silk Ⅰ型和Silk Ⅱ型，Silk Ⅰ構(gòu)型不穩(wěn)定，經(jīng)過誘導(dǎo)處理后，易變成不溶于水的穩(wěn)定Silk Ⅱ構(gòu)型，可通過改變溫度、溶液極性(如甲醇、乙醇、甲酸等)、溶液pH的變化和水蒸氣處理[52-57]；韓國首爾大學(xué)Um[58]等研究了絲素蛋白縫合線，通過加入聚乙烯醇，提高斷裂伸長率和柔韌性，其打結(jié)強(qiáng)度比濕法紡絲提高了3倍；東華大學(xué)團(tuán)隊(duì)[59]從蠶蛹中提煉出高黏度殼聚糖，采用濕法紡絲制備出縫合線材料，可改善真絲縫合線抗菌效果和操作手感等。Baygar[60]等研究了銀的納米顆粒(AgNPs)涂層手術(shù)絲素縫合線，將具有抗菌抗炎效果的納米銀用于縫合線，治療傷口細(xì)菌感染[61]，該縫合線能主動(dòng)排斥粘附在縫合線表面的細(xì)菌，不同于抗生素易產(chǎn)生耐藥性，一定劑量內(nèi)銀的存在對細(xì)胞活力和增殖沒有顯著影響，并且具有熱穩(wěn)定性以及廣譜抗菌性[62]。

5.2 抗菌載藥縫合線

縫合線在使用過程中，線體可能會(huì)接觸環(huán)境中的微生物，形成細(xì)菌生物膜，從而導(dǎo)致SSI。通常，SSI通過全身和局部應(yīng)用抗生素來控制，但由于抗生素會(huì)產(chǎn)生耐藥性，目前縫線的抗菌功能化被認(rèn)為是一種有效等替代方式。對于醫(yī)用縫合線而言，采用縫合線表面載抗菌藥，可使藥物直接作用于細(xì)菌，提升殺菌和抑菌的效果，并通過抑制“生物膜”的形成，抑制細(xì)菌感染的進(jìn)一步發(fā)展，被認(rèn)為是一種直接而高效地抑制細(xì)菌感染的方式?？咕?AMPs)是一組具有殺滅微生物入侵者能力的肽，能夠抵抗多種細(xì)菌、病毒、真菌、寄生蟲和癌細(xì)胞。Li[63]等通過靜電紡絲，將重組家蠶AMP Bmattacin2裝載到納米纖維支架，具有廣泛的抗菌活性，在傷口愈合等生物醫(yī)學(xué)方面有巨大應(yīng)用潛力。最新研究報(bào)道了三氯生涂層縫合線，可防止縫合線的微生物菌落，對金黃色葡萄球菌和表皮葡萄球菌具有出色的活性，在傷口愈合方面也同樣具有良好的效果，可顯著減少發(fā)生在普通外科、神經(jīng)外科以及心臟外科的SSI，已廣泛使用30多年[64]。在持續(xù)的藥物輸送中，目標(biāo)是延長用于慢性疾病的藥物的劑量間隔時(shí)間，同時(shí)保持幾乎恒定的藥物濃度[65]。載藥縫合線的藥物可控穩(wěn)定釋放是值得討論的問題，Xie[66]等采用超臨界法構(gòu)建了SF納米纖維藥物遞送系統(tǒng),納米纖維結(jié)構(gòu)的纖維直徑可控，遞送的藥物姜黃素在96 h內(nèi)持續(xù)釋放。新型纖維縮短了傷口的愈合時(shí)間，與傳統(tǒng)的手術(shù)縫合線相比石墨烯復(fù)合纖維有更加優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)具備良好的抗菌性。AgNPs被認(rèn)為是包覆聚合物醫(yī)療器械以增強(qiáng)其抗菌性能的最佳候選材料，銀的抗菌機(jī)制涉及活性氧的生成，它直接影響微器官的DNA和細(xì)胞膜[67-68]，AgNPs處理的外科縫合線可以防止表面細(xì)菌粘附，降低傷口閉合部位感染，避免了抗菌劑使用時(shí)的耐藥性問題。有研究[69]報(bào)道了抗菌AgNPs涂層手術(shù)縫線可能是一種有效的治療傷口相關(guān)細(xì)菌感染的方法，原位光還原的銀納米顆粒被涂覆在不可吸收的復(fù)絲絲綢縫合線上，抗張強(qiáng)度沒有明顯降低，細(xì)菌明顯減少，體外研究表明細(xì)胞活力為82%。在類似的研究中，將光還原的銀納米顆粒涂覆在可吸收的PGLA910縫合線上[70]，顯示出良好的抗菌活性，細(xì)胞毒性研究證明成纖維細(xì)胞的活力沒有明顯改變，通過刮擦試驗(yàn)分析了銀涂層對傷口愈合過程的影響，結(jié)果表明銀促進(jìn)了傷口區(qū)域的細(xì)胞遷移和增殖。Baygar[71]進(jìn)一步研究了蜂膠和AgNPs涂層絲縫合線和二者結(jié)合用于生物醫(yī)學(xué)時(shí)的協(xié)同作用，縫合線除了具有生物相容性和傷口愈合活性外，還對手術(shù)縫合線具有有效的抗菌作用。搭載藥物縫線向創(chuàng)傷部位輸送藥物，不同的抗微生物藥物和麻醉藥已顯示出可有效減少炎癥和細(xì)菌感染[72]。藥物在特定部位的持續(xù)釋放加快傷口愈合，可通過涂覆、靜電紡絲流程，在不損害縫合線機(jī)械性能的情況下獲得所需的藥物濃度和效力，藥物降解釋放速率可調(diào)可控。有研究[73]報(bào)道了采用同軸靜電沉積和卷繞軋制，制造出含25-羥基維生素D3和pam3CSK4肽的納米纖維縫合線，其可誘導(dǎo)產(chǎn)生抗菌肽并持續(xù)釋放長達(dá)4周。

5.3 其他縫合線

縫合線通過搭載生長因子或干細(xì)胞，將干細(xì)胞移植到人體軟組織中，同時(shí)保持所需的力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用于組織工程和再生醫(yī)學(xué)中。作為將干細(xì)胞移植和分化到各種組織的載體，縫合線可以將這些生物組分輸送到所需部位，增強(qiáng)各種軟組織損傷的外科修復(fù)，以加速組織再生[74]。Yao[75]等通過將多功能干細(xì)胞植入編織縫合材料上，開發(fā)出一種生物活性縫合線，該材料被證明對肌腱修復(fù)有效。智能手術(shù)縫合線可分為形狀記憶、彈力和電子縫合線等。Goraltchouk[76]等研究了表面有形狀記憶材料的自固位縫合線，可以連接組織，不需要打結(jié)。Kim[77]等研究了一種智能電子縫合線，通過集成超薄柔性硅傳感器和由金制成的微型加熱器，該縫合線可精確測量溫度，用于監(jiān)測和加速傷口的愈合，有助于傷口恢復(fù)。

6 結(jié)論與展望

醫(yī)用縫合線廣泛應(yīng)用于縫合傷口、聯(lián)結(jié)組織和結(jié)扎血管，在外科手術(shù)創(chuàng)傷處理中起了重要的作用，但仍存在一些問題，需要不斷探索和改進(jìn)：

傳統(tǒng)的天然材料縫合線通常具有較高的柔韌性和優(yōu)異的物理機(jī)械性能，但在組織內(nèi)降解速率緩慢，難以吸收，適用于需要愈合時(shí)間較長的組織和部位，起支撐作用，也會(huì)引起炎癥反應(yīng)，甚至破壞組織和限制傷口的愈合，最終使其形成疤痕?？晌湛p合線在人體可以被分解或分離，不易發(fā)生炎癥反應(yīng)，但吸收時(shí)間和力學(xué)穩(wěn)定性能較難控制，在這些方面仍有大量的工作要做。

縫合線的主要功能取決于縫合線的力學(xué)性能，在對縫合線進(jìn)行功能化設(shè)計(jì)或涂層處理時(shí)，需要保持良好的力學(xué)性能，便于縫合操作。此外，縫合線應(yīng)保持它原有的生物相容性，如無毒、無刺激性、不引起任何不良反應(yīng)、宿主反應(yīng)和炎癥反應(yīng)等，為了滿足這些要求，有必要進(jìn)行臨床研究，并評(píng)估在人體試驗(yàn)中的安全性和有效性。

新型縫合線可以作為藥物、干細(xì)胞、納米顆粒和抗菌肽等載體，增強(qiáng)縫合線的治療潛力，這些方面有廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景?？咕d藥縫合線可減少細(xì)菌感染引起的并發(fā)癥，防止細(xì)菌聚積，針對特定部位進(jìn)行藥物治療，降低手術(shù)部位感染風(fēng)險(xiǎn)，藥物緩釋也可以增加縫合線的持續(xù)輔助治療功能。生物活性蠶絲縫合線可以促進(jìn)組織重塑，針對現(xiàn)有抗菌真絲縫合線加工技術(shù)不穩(wěn)定、抗菌效果不持久、操作手感不理想、炎癥反應(yīng)和瘢痕等問題，如何更好地賦予縫合線長效持久的抗菌抗炎性能是未來重要的研究方向。

當(dāng)前，全世界外科手術(shù)的數(shù)量快速增加，外科縫合線市場大幅增長，尤其在醫(yī)療保健美容等行業(yè)，具有很大的市場潛力。醫(yī)用縫合線在普通外科、整形外科、血管外科、美容外科、組織工程和牙科等各個(gè)領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用范圍。我國基層醫(yī)院所使用的縫合線產(chǎn)品目前仍以進(jìn)口產(chǎn)品為主，主要原因在于原料加工、降解速率調(diào)控、勻質(zhì)縫合線工業(yè)化等關(guān)鍵技術(shù)存在瓶頸，在高分子合成、紡織加工成型和材料改性等方面技術(shù)尚待加強(qiáng)。隨著材料科學(xué)、生物工程和醫(yī)療技術(shù)的不斷創(chuàng)新和臨床需求的多元化提升，帶來了生物醫(yī)用紡織技術(shù)的快速發(fā)展，因此，需要開發(fā)更多結(jié)構(gòu)、功能和用途的縫合線產(chǎn)品，如倒刺縫合線、載藥縫合線、組織工程化縫合線和先進(jìn)智能化縫合線，目標(biāo)是改善縫合線在促進(jìn)傷口愈合、提高治療效率和降低醫(yī)療成本的能力，使之更加適合醫(yī)學(xué)臨床中的應(yīng)用，為病人帶來福音。