葉馨云、張豐丞 / 臺灣大學森林環境暨資源學系
本文深入探討纖維素奈米微晶在生醫領域中關於傷口敷料方面的應用前景。纖維素奈米微晶是纖維素奈米材料其中的一個種類，可透過不同製備方式，從木材、細菌、海鞘、真菌、甚至農業廢棄物等來源製成。作為第二代可再生資源，因具有許多理想的特性，如：高拉伸強度與剛性、大表面積、出色的膠體穩定性及表面改質能力等，被認為有取代石化產品的潛力，在許多領域中皆有其研究與應用。此外，目前已有許多文獻證實，儘管纖維素奈米微晶會因為製程條件差異具有不同性質，但透過適當的表面改質，可使該材料具有醫材所需的生物相容性，使纖維素奈米材料在生醫領域的應用當中具有良好前景。本篇將著重於探討纖維素奈米微晶於傷口敷料的應用特性，簡介皮膚傷口的癒合過程與傷口敷料的種類，並根據不同適應症所需的材料特性，回顧纖維素奈米微晶在止血、抗菌及載藥方面的文獻應用，顯示纖維素奈米微晶在傷口敷料應用的潛力。然而，纖維素奈米微晶在人體內的許多作用機制目前仍尚未明瞭，也被視為潛在安全疑慮，限制了其發展與應用性，這部分仍有待後續進行更深入的研究。
【內文精選】
纖維素奈米材料(CNM)
纖維素為地球上蘊含量最豐富的天然聚合物，在植物、真菌、海鞘、細菌中皆可發現其存在。纖維素是以D-葡萄糖為單體，透過β-1,4-葡萄糖苷鍵所構成的線性聚糖，1838年首次被Anselme Payen以硝酸從木材分離出。自然生成的纖維素如圖一所示，是透過酵素聚合葡萄糖單體，再以凡得瓦力與氫鍵形成微結晶，多個微結晶構成高結晶度的微纖維。微纖維分為緊密堆疊的結晶區與疏鬆不規則的非結晶區，根據物種、生長環境與氣候等因素，形成不同形態與結晶度的纖維素。
圖一、纖維素於生物體內的形成步驟與結構示意圖
纖維素奈米微晶(CNCs)
CNCs應用層面十分廣泛，因其具有低密度、高比強度、高彈性模量、高比表面積、高縱橫比，可形成自組裝結構、良好的光電特性、獨特的液晶特性、優異的均質性等獨特的性質。Emenike等人將CNCs基材料根據功能分為四個種類，分別為：物理適應性、光學適應性、自修復材料與形狀記憶材料，顯示其多功能性。儘管因CNCs表面具有高濃度羥基，使其親水性過好且容易團聚，造成使用上的限制，但該部分也可透過加入離子液體、疏水表面或聚合物接枝的方式進行改質，以提升應用性。
CNCs應用於生醫領域之探討
有許多報告指出，CNCs對健康具有負面效應，其毒性受到表面化學、來源、製備過程和後製備過程等因素影響，造成細胞毒性、發炎反應、氧化壓力及遺傳毒性。將CNCs對生理的影響以奈米粒子(Nanoparticles; NP)的觀點解釋，NP在生物體液中會動態吸收生物分子，如蛋白質，形成蛋白質冠(Protein Corona)。
傷口敷料簡介
皮膚是人體最大的器官，包覆於身體表面，主要功能為保護體內組織、器官免於受到外界的生物、化學、機械與物理傷害。然而，皮膚的功能在組織結構受損時會被影響，因此傷口癒合會在皮膚組織受損後立即開始，以恢復組織完整性。
止 血
傷口敷料是促進止血的重要材料，充當屏障並控制氧氣和水分穿過傷口。應用於傷口癒合的止血材料應具有快速止血、生物相容性、無毒性、無抗原性、人體可降解、可調控機械性能、良好膨潤性、低成本、易加工等特性。目前市面上主要的止血材料包括：①生物材料，如：凝血酶、纖維蛋白、膠原蛋白、明膠、白蛋白、殼聚糖、澱粉、氧化纖維素(Oxidized Cellulose; OC)、藻酸鹽；②合成聚合物，如：聚乙二醇、氰基丙烯酸酯；③無機材料，如：黏土礦物和高嶺土。
OC的止血機制如圖七所示，可以從物理及化學的角度解釋：當將OC使用於流血處時，OC會吸取血液中的液體，並且捕捉血漿蛋白、血小板、紅血球等幫助凝血的活性成分，當凝血因子濃度增加，則會加速凝血；此外，在此過程中OC會形成軟膠狀的偽血塊阻擋血液流動，同時作為纖維蛋白形成血塊時的基質，以化學層面而言，OC會降低該處pH值，使紅血球(Hemoglobin)轉變為血黑質(Hematin)，同時釋放Fe3+並與羧基結合，加速血塊形成。不過關於OC的核心止血機制至今尚未明瞭，此部分還有待後續研究 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖七、OC止血機制示意圖
★本文節錄自《工業材料雜誌》455期，更多資料請見下方附檔。