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医療用繊維は、医療目的で使用される多数の繊維ベースの材料です。医療用繊維は、予防、ケア、衛生などのヘルスケア用途で使用される繊維ベースの製品に重点を置いた技術繊維の分野です。[ 1 ]
医療用繊維の用途は、単純な綿包帯から高度な組織工学まで多岐にわたります。[ 2 ]医療用繊維から作られる一般的な製品の例としては、ドレッシング材、インプラント、外科用縫合糸、特定の医療機器、ヘルスケア用繊維、おむつ、生理用ナプキン、ウェットティッシュ、バリアファブリックなどがあります。[ 3 ]
医療用繊維には、多くの種類の繊維、糸、布地、不織布、織物、組紐、および編物が含まれます。[ 4 ]繊維構造の物理的および化学的変化、機能性仕上げの使用、および刺激に反応する材料の製造は、革新的な医療用繊維を開発するための主要なアプローチです。[ 3 ]
繊維製造と医療技術の進歩により、医療ヘルスケアは繊維産業において重要な産業となっています。[ 3 ]繊維は、損傷、負傷、または機能不全の臓器の代替品を含む、さまざまな医療機器の製造に使用されています。[ 5 ]医療用繊維の製造は成長分野です。その成長には、繊維と医療の両方における新技術、高齢化、人口増加、ライフスタイルの変化、平均寿命の延長など、多くの理由があります。[ 6 ] : 136さらに、COVID-19 パンデミックにより、特定の医療用繊維用途 [ PPE、医療用ガウン、フェイスマスクなど] に対する需要が高まり、世界中で不足が生じました。[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]こうした用途の世界最大の製造国である中国でさえ、需要に追いつくのに苦労しています。[ 10 ]
天然繊維は古代から医療用途に使用されてきました。[ 11 ] : 1, 2副木、包帯、ゲージの使用は非常に古くから行われています。 [ 12 ]医学と外科に関する古代サンスクリット語の文献であるスシュルタ・サンヒターでは、カウシェヤは「包帯の物品」に分類されています 。[ 13 ]医療従事者向けの個人用保護具（PPE）の概念は、 17 世紀にまで遡ります。ペスト医師の衣装は、ヨーロッパで腺ペストが流行した際にペスト医師を病気から守ることを目的としていました。記述によると、衣装は通常、厚手の布地または革でできており、ワックスが塗られていました。[ 14 ] [ 15 ]
医療用繊維は人命を守る上で重要な役割を果たしています。そのため、例えば、医療用繊維の用途（PPE カバーオール、N95 マスク）は、COVID-19 パンデミックの間、需要が高く供給が不足し、深刻な不足が生じました。[ 7 ] [ 16 ] [ 8 ]不足を考慮し、2020 年 2 月に世界保健機関は、 PPE やマスクなどの医療必需品の使用を最前線の医療従事者のみに制限しました（PPE には、ガウン、エプロン、マスク、手袋、医療用マスク、ゴーグル、フェイスシールド、呼吸器、すなわち N95 または FFP2 が含まれます）。[ 17 ] PPE は、医療従事者を病気や感染症（ウイルスや細菌による）から保護します。PPE 布は、呼吸器分泌物、血液、体液を介して汚染物質が体内に入るのを防ぐ能力を持つバリアとして機能します。[ 18 ]
医療用繊維製品に使用される繊維、布地、材料は、大きく分けて4つの異なるグループに分類されます。
さまざまな医療用繊維製品の製造には、さまざまな種類の繊維と製造システムが利用されています。[ 6 ]
体外装置は、患者の治療中に体外に留まる人工臓器です。体外装置は、血液透析や心臓手術で有用です。[ 20 ] [ 21 ]
インプラントは、失われた生物学的構造を置き換えたり、損傷した生物学的構造を維持したり、既存の生物学的構造を改善したりするために使用される医療機器です。移植された生体医療組織である移植とは対照的に、医療用インプラントは人工靭帯や血管移植片などの人工デバイスです。[ 6 ]： 148 [ 24 ]
非埋め込み型材料は体外に使用され、皮膚に接触する場合と接触しない場合がある。例えば、包帯、石膏、整形外科用ベルト、圧迫着などである。[ 25 ] [ 6 ]： 147、148
「衛生用品および医療用品」という用語は、医療従事者および患者の衛生、安全、およびケアを維持するために使用されるさまざまな材料を指します。[ 6 ]： 157手術用ドレープ、ガウン、ユニフォーム、衣類、キャップ、ワイプ、マスク、病院のベッドリネンはすべてこのカテゴリに含まれます[ 28 ]。
ヒト繊維とは、組織再生のためにヒト細胞から作られたバイオエンジニアリング糸を含むヒト由来の材料を利用した繊維を指します。ヒト組織由来の「糸」から製造された繊維は、複雑に織ったり、編んだり、組紐にしたりすることができ、単純な生体適合性縫合糸から外科的修復のための複雑な織物組織まで、さまざまな用途に貢献する可能性があり、それによって損傷の治癒プロセスを支援します。ヒト繊維は、有害な副作用を引き起こす可能性のある異物に関連する欠点を軽減する潜在的な解決策を提供します。[ 29 ]
細胞集合体細胞外マトリックス（CAM）は、生物学的に健全かつ弾力性があり、通常の成人ヒト線維芽細胞を利用して臨床応用に適した大規模生産を可能にする。[ 29 ]
医療分野では、ほとんどの永久的な合成生体材料は、先天性免疫系によって異物とみなされます。そのため、移植時に異物反応を引き起こす可能性があります。[ 29 ] [ 30 ]
医療用繊維製品とは、医療用途で使用される特殊な繊維製品です。これらの製品は、予防、ケア、衛生目的で使用されます。材料の選択にあたっては、用途に応じて様々な特性が考慮されます。医療用繊維製品に使用される材料は、強度、柔らかさ、生体適合性、弾性、柔軟性、無毒性、非発がん性、非アレルギー性、通気性、透水性といった特性を備えている必要があります。[ 6 ]： 136、137
バイオテキスタイルは、埋め込み用途と非埋め込み用途の両方で使用される繊維で作られた構造体です。その性能は、生体機能性、生体適合性、生体安定性に基づいて評価されます。たとえば、体液や細胞の存在下での生体安定性などです。[ 31 ]
医療機器は、一般的に繊維全体または一部から作られています。医療機器とは、医療目的で使用されるあらゆる機器を指します。機械、実験室で使用する試薬、ソフトウェア、器具、機器、またはインプラントなどが含まれます。[ 32 ]医療用途の場合、繊維の選択は、使用目的の特定の基準に基づいています。主に、繊維は生分解性または非生分解性に基づいて選択されます。生分解性以外にも、強度、弾性、吸収性も考慮されます。
綿、絹、ビスコース（再生セルロース繊維）などの天然繊維は、衛生用品やヘルスケア製品、非埋め込み材料に使用されています。ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、ガラス、カーボンは、医療用繊維に使用される合成繊維の例です。[ 6 ]： 136生体システムによって3か月以内に吸収される繊維は生分解性繊維とみなされ、吸収に6か月以上かかる繊維は非生分解性繊維と呼ばれます。これらの繊維は以下のように分類されます。[ 6 ]： 136、137
ポリ乳酸（PLAとも呼ばれる）は、生分解性、生体吸収性、または生体吸収性ポリマーであり、自然溶解性ステントなどの多くの種類のインプラントの製造に使用されます。[ 6 ]： 140ポリグリコリドまたはポリグリコール酸（PGAとも呼ばれる）は、生分解性で熱可塑性のポリマーです。[ 33 ] PGA縫合糸は、吸収性合成編組マルチフィラメントに分類されます。[ 34 ]
「医療用繊維」という用語は、医療環境で使用される繊維材料（繊維、糸、または布地）で作られたさまざまな製品を指します。医療用繊維には天然繊維と合成繊維の両方が使用されますが、弾性率、引張強度、硬度などの特性は天然繊維ではほとんど固定されており、合成繊維ではより管理しやすいことがわかっています。[ 11 ]： 2最近の繊維開発は、医療用繊維の4つの主要分野、すなわち衛生用品、インプラント、非埋め込み型医療用繊維、および体外医療用繊維に大きな影響を与えています。[ 11 ]
医療用繊維は、生物科学と工学の架け橋となる。[ 35 ]： xxxiii材料科学と関連研究の進歩により、医療分野向けの新しい繊維材料と製造プロセスが導入された。3Dプリンティング、エレクトロスピニング、メルトブロー技術などの新しい技術により、医療従事者は、さまざまなデザインと品質の繊維材料を幅広く選択できるようになった。[ 3 ]
メルトブロー法は、高速の吹き出しガスに囲まれた小さなノズルからポリマー溶融物を押し出す、マイクロファイバーおよびナノファイバーを製造するための確立された技術です。メルトブロー法で製造されたマイクロファイバーの繊維径は通常2～4μmですが、0.3～0.6μmまで小さくすることも、15～20μmまで大きくすることも可能です。メルトブロー法は、N95マスクや女性用衛生用品などのろ過製品の製造に役立ちます。[ 36 ] [ 37 ]
医療用繊維は、生体適合性、非アレルギー性、非毒性の厳選された素材を使用した管状生地を使用します。たとえば、インプラントにはダイニーマ、PTFE、ポリエステル、テフロンが使用されます。材料の種類はインプラント部位によって異なります。たとえば、ステントインプラントには非粘着性のためポリテトラフルオロエチレンが好まれ、メッシュインプラントにはポリオレフィンが使用されます。[ 38 ] [ 39 ]
液晶ポリマーから製造された繊維であるベクトランは、インプラントや特定の外科用器具などの医療機器の製造に使用されています。[ 40 ]
インテリジェントテキスタイルは、遠隔モニタリングだけでなく、疾病管理にも利用できます。[ 41 ]： 373インテリジェントテキスタイルは、医療診断の重要な要素である心拍数と血圧をモニタリングでき、これらを制御することで深刻な健康障害の発生率を大幅に低減できます。運動パターンと脳波は、神経疾患の診断や治療方針の決定に用いられます。 [ 41 ]： 375
相変化材料は、低体温症患者を穏やかかつ正確に再加熱するために利用できるため、医療用繊維において有用である。さらに、PCMは弾性包帯や整形外科用関節サポーターに治療的に組み込むことができる。これにより、包帯を装着したまま関節や筋肉に温熱療法または冷却療法を容易に行うことができる。[ 41 ]： 54、55
温度適応型の水分管理機能を備えた形状記憶ポリマーを含む材料は、患者の温熱生理学的快適性を向上させることができる。[ 42 ]
2層以上の繊維層を持つ不織布は、組織工学用足場、ワイプ、創傷被覆材、バリア材など、さまざまな用途で広く使用されています。[ 43 ]
マイクロ流体紡糸技術は、多くの種類の繊維の製造に使用されています。操作の容易さ、高効率、制御性、環境に優しい化学プロセスにより、マイクロ流体システムは異方性繊維の製造に適したマイクロリアクタープラットフォームとして認識されています。[ 44 ] [ 45 ]
医療用繊維は、創傷ケア、疾病管理、予防用衣類、包帯、衛生用品（病院用リネン）など、幅広い用途に使用されています。医療用繊維は、応急処置、創傷の治療、医療処置中の創傷や病気の適切な状態維持に役立ち、医療従事者を感染症から守るのにも役立ちます。[ 3 ]
編み物、織物、組紐、かぎ針編み、複合材料、不織布技術はすべて、現代の創傷ケアで使用されるさまざまな布地製造システムです。[ 46 ]医療用繊維の研究対象には、高度な技術と新しい方法論を使用して製造された、著しく優れた特性を持つ材料と製品が含まれます。新しい医療用繊維は、創傷治療製品において著しい成長を遂げている新興分野です。これらはすべて、創傷ケア繊維とドレッシングの重要な特性です。これらは、無毒性、非アレルギー性、吸収性、止血性、生体適合性、通気性、および無毒性です。また、優れた機械的特性も備えています。キトサン、アルギン酸、コラーゲン、ブラナンフェルレート、および炭素繊維ベースの製品は、従来の材料に比べて多くの利点があります。創傷ケアで使用される材料には、フォーム、ハイドロゲル、フィルム、ハイドロコロイド、およびマトリックス（組織工学）も含まれます。[ 46 ]
繊維技術は現在、バイオファブリケーションに検討されている。繊維の物理的および化学的特性、孔のサイズ、および生地の強度はすべて、組織工学における繊維技術の使用方法に影響を与える。[ 47 ]繊維構造は、繊維技術を使用して、幅広い組織工学アプリケーションのニーズを満たすように作成および成形することができる。組織工学は、足場、細胞、および生物活性分子を組み合わせて機能的な組織を作るプロセスである。[ 48 ] [ 49 ]
キトサンは細菌や真菌の増殖を阻害する働きをする可能性がある。[ 26 ] 2003年、米国食品医薬品局はキトサンをベースとした創傷被覆材を医療用途に承認した。[ 27 ]戦闘衛生兵は、止血作用で血流を止めるため、キトサンを含む被覆材であるHemconドレッシングを創傷治療に使用している。[ 26 ] [ 27 ]キトサン止血剤は、キトサンと有機酸（乳酸またはコハク酸）が結合して形成される塩である。止血剤は、赤血球（負に帯電）の細胞膜とプロトン化されたキトサン（正に帯電）と相互作用することで作用し、血小板の関与と迅速な血栓形成をもたらす。[ 53 ]包帯が血液に接触すると粘着性になり、切り傷を塞ぐ接着剤のような効果を生み出す。[ 54 ]
外科用縫合糸の材料は繊維製品です。縫合材料は、吸収性糸と非吸収性糸、さらに合成繊維と天然繊維に細分化されることがよくあります。縫合材料がモノフィラメントかポリフィラメントかは、さらに重要な区別です。[ 55 ]
包帯とは、傷口を覆い、処置し、固定するために使用される布片です。包帯は通常、さまざまな繊維素材で作られています。包帯を使って、ドレッシング材や副木を固定します。包帯は、特定の身体部位を支え、制限するための医療目的（強化と圧迫）にも使用されます。[ 56 ] [ 6 ]： 142
圧迫包帯は圧力を加えるために使用され、指向性圧迫はリンパ疾患や静脈疾患の治療に使用されます。[2]：111、241 例えば深部静脈血栓症の治療など。[6]：142圧迫包帯の最も一般的な分類は、非弾性と弾性です。[ 57 ]
抗菌繊維は、抗菌剤で処理された繊維材料（繊維、糸、布地）であり、衛生管理に使用されます。抗菌処理された繊維は、細菌を殺すか、微生物の増殖を抑制します。代表的な製品としては、ワイプ、ガウン、無臭の衣類などがあります。 [ 58 ]抗菌スクラブは、抗菌化学物質で処理された病院用衣類です。その主な目的は、医療スタッフ間および患者間での有害な微生物の拡散を防ぐことです。使用される化学物質は異なる方法で作用します。たとえば、化学物質が微生物のDNAに結合し、効果的に増殖を不可能にします。一部の抗菌化学物質は、微生物の増殖に必要なタンパク質を溶解します。また、ブドウ球菌、サルモネラ菌、大腸菌などの特定の細菌を攻撃する抗菌剤もあります。[ 59 ]
抗ウイルス繊維は抗菌表面の延長線上にある。抗ウイルス機能を持つこれらの表面は、脂質で覆われたウイルスを不活性化できる可能性がある。[ 60 ]ポリヘキサメチレンビグアニド（PHMB）処理されたCVC生地（主原料綿の生地）は、2時間でコロナウイルスの94%を死滅させる。したがって、医療従事者用のPPEに適している。[ 61 ] 生体適合性、非アレルギー性、生分解性、非毒性の天然ポリマーであるキトサンも、抗ウイルス特性について検討された。キトサンベースの化合物は、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2およびキトサンとクエン酸とともに銅で処理された綿生地に対しても有効性を示す。処理された材料は、5～10回の家庭洗濯で抗ウイルス特性を維持する。[ 62 ]
医療用ガウンは、医療従事者向けの個人用保護具（PPE）の一種です。ガウンは、包括的な感染制御アプローチの構成要素です。感染性または有害な可能性のある液体や固体に接触した場合に、着用者を病気や感染から保護します。手術室用ガウン、外科用ガウン、隔離用ガウン、非外科用ガウン、処置用ガウンはすべて、医療現場で使用されるさまざまなガウンを説明するために使用される用語です。製品名は標準化されていません。製品の仕様が重要です。ANSI/AAMI PB70は、米国の医療施設で使用される保護具（隔離用ガウンや外科用ガウンを含む）の液体バリア性能に基づく分類システムを規定しています。さまざまなガウンの品質要件には、縫い目の強度、糸くずの発生、引き裂き抵抗、蒸発抵抗、通気性が含まれます。ASTM International [ASTM F2407] ガイドラインには、FDAによって承認されたリストが含まれています。[ 63 ]
これらのガウンは、不浸透性であるか、高密度に織られた防水生地で作られています。[ 64 ] 510(K)は、販売される機器が安全かつ効果的であることを証明するために食品医薬品局に提出される市販前申請です。外科用ガウンおよび外科用隔離ガウンは、FDAによって510(k)を必要とするクラスII医療機器として規制されています。非外科用ガウンは、510(k)の承認を必要としないクラスI医療機器です。[ 65 ]
異なるレベルは次のように分類されます。[ 63 ]
医療環境における医療用繊維の応用例としては、以下のようなものがあります。
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