（一） 项目简介

超疏水表面材料在自清洁、防潮、油水分离、防污、防腐等领域有着广泛的研究与应用；同时，利用超疏水表面材料来研究生物医疗成为了生物医学领域的研究热点，大大促进了生物医学先进技术的发展。本项目重点对疏水、止血性、精确定位纳米级别分子的位置进行药物的控制释放，以及精确控制纳米液滴阵列，预防细菌粘附和生物膜形成和抗血小板粘附、加快凝血等方面进行应用性研究，生产一款多功能疏水抑菌止血纱布。研究表明，超疏水表面接触角要高于150°，根据Wenzel和Cassie-Baxter模型，这种润湿原理不仅是表面化学的结果，也是由微米和纳米结构组成的粗糙表面纹理造成的，这种结构的尺寸范围从几百纳米到几十微米，通过使用自上而下和自下而上的方法，本项目着力开发模仿天然存在的超疏水表面，实现具有超级润湿性的人造表面。

图1液滴在Cassie状态和Wenzel状态上沉积在超疏水表面示意图

经实验研究发现，通过优化表面特征精确控制液体和固体间界面的润湿现象，研究实现处理微量的液体，达到几微升甚至纳升的级别。此外，精确的微观和纳米结构的实现不仅可以实现控制微量液滴，还可以实现在微米级和纳米级水平上控制、可视化和操纵液滴中包含的物质，这可以直接在液体环境中操纵细胞和大分子。另外，超疏水材料具有独特的非润湿特性,并具备抗菌、自清洁等特性，这对于医用纺纱布方面的发展有这重要的研究价值。本项目将通过对超疏水材料进行以上针对性研究，对新型医用纱布进行开发销售。

超疏水的研究开始于一句诗句，出淤泥而不染，濯清涟而不妖，为什么荷花会出淤泥而不染呢？就在于荷花表面具有存在疏水特性结构，使得水流聚股流下。通过试验研究荷叶结构，研究开发材料的非润湿特性，以及其非湿润特性具备抗菌、自清洁等特性，我们将其应用在医学用品方面——新型超疏水纱布。新型超疏水纱布能够在疏水的情况下，实现加速血液凝固，促进止血，并且易于与血块的分离，有益于加快伤口愈合。另外，因为碳纳米纤维的存在能够有效降低细菌的附着，有效避免了伤口感染。

图2仿生可控润湿性表面的细菌粘附过程机理分析

这种新型材料为伤口治疗过程中普遍存在的问题提供了全面、有效和经济的解决方案。基于新研制的新型医疗用品与医院、海关、卫生服务站进行合作，将新型超疏水纱布应用于第一线，实现高新技术的民用化和产业化。同时，将新型超疏水纱布形成品牌效应制定个性化服务，最终实现国内外产业化推广。

（二） 项目来源

非致命性外伤造成的大量出血是战场和平民事故中死亡和残疾的主要原因之一，因为大量失血会导致体温过低、凝血障碍、酸中毒、败血症和器官衰竭等症状。如果采取紧急有效的止血措施，超过 50% 的死亡是可以预防的。棉纱布作为可压缩和不可压缩伤口的有效局部止血织物有着悠久的历史，主要是由于其安全、不过敏、成本低、适应性强、透气性、稳定性、吸血性和易于应用。它仍然是最广泛用于控制外伤出血的止血剂，尽管近二十年来已经制造出许多有效的止血剂并应用于临床，棉纱布的止血机制在于血小板与棉纤维接触后活化，快速吸走血液，使血细胞和血小板静息形成血凝块。然而，由于其高度亲水性、多孔结构和编织纤维之间的毛细作用，经常看到在出血停止之前，棉纱布吸收了过多的大量血液。这些额外的失血可能是导致发病或死亡的最后一根稻草。本团队旨通过实验研究提高棉纱布的止血功效（减少失血和出血时间），研究一款新型超疏水医疗纺纱布。

传统的止血方法是利用纱布按压伤口，通过纱布吸收血液中的水分以促进血液的凝固。然而，这种相对传统的止血方式存在着诸多不足：在凝块形成期间失血过多，纱布在吸收血液的成分之后会形成一种固体复合物。另外，止血敷料上的凝块粘附强烈，会导致疼痛、继发性出血，在去掉纱布时很容易造成二次出血和伤口感染，给伤口护理带来极大的麻烦。

图3 外伤致死数据统计

因此，多功能、新材质、高附加值的新型医用纱布的需求日渐迫切，新型医用纱布产业迎来了良好的发展机遇。新型医用纱布主要针对的是更为复杂的伤口护理，包括慢性伤口、烧伤、复杂手术伤口等，此类伤口通常愈合难度较大、愈合时间较长、对患者而言更为痛苦且可能引发严重的并发症。在此情况下，具有促进快速凝血、能够抑菌、自清洁等特点的新型纱布便成了研究热点。国内外科研团队多是从纱布亲水性和疏水性角度考虑出发，超疏水表面技术是目前全球材料领域最热门的技术之一，国内外的专家学者相继通过研究得出大量关于超疏水材料的理论成果，但是基本还是处于试验阶段，且许多超疏水专利技术都存在着工艺十分复杂，成本太高的致命问题，整体来说，这项技术还不太成熟。虽然许多国际性大公司都在对其进行开发，中国也有一些科研单位和企业正在进行超疏水技术的开发，但是根据我们的市场调查，进入实用阶段的产品不多。本项目主要研究新型医用纱布，通过植物仿生和碳纳米纤维自行研制超疏水涂料，研制出一款能够抑菌自清洁，能够控制纳米液滴阵列，预防细菌粘附和生物膜形成和抗血小板粘附、加快凝血的新型纱布。

（三） 行业及市场前景

1.行业历史及前景

上世纪90年代，德国的两个科学家用扫描电子显微镜观察了荷叶表面的微观结构，认为“自清洁”效应是由荷叶表面上的微米级乳突以及表面蜡状物共同引起的。其后，科学家们对荷叶表面结构深入分析，发现乳突上还存在纳米结构，这种微米与纳米结构同时存在的二元结构是引起荷叶“自清洁”的根本原因。

图4 荷叶表面结构机理分析

由于表面微小突起的存在，有一些空气会被“关到”水与固体表面之间，导致水珠大部分与空气接触，与固体直接接触面积大大减小。水的表面张力作用使水滴在这种粗糙表面的形状接近于球形，其接触角可达150°以上，使水珠自由地在表面滚动，从而具有了疏水性。像荷叶这种接触角大于150°的表面被称为超疏水表面，连病毒、细菌等微生物都无法附着，在生产和日常生活中应用广泛。

生活中磕磕碰碰，破个口流点血是很常见的事情，但严重情况下的流血过多和伤口感染却是可以致人死亡的重要原因。传统的止血方法是利用纱布按压伤口，通过纱布吸收血液中的水分以促进血液的凝固。然而，纱布在吸收血液的成分之后会形成一种固体复合物，导致纱布粘附在伤口上，在去掉纱布时很容易造成二次出血和伤口感染，给伤口护理带来极大的麻烦。人们曾利用超疏水材料制备纱布，或者在纱布表面修饰一层超疏水材料以避免血液透过纱布，但是这些方法主要是基于止血材料吸收血液来止血的，不会降低失血量，并且很难避免二次出血。本项目产品，克服技术难题，研制出的超疏水涂料，能够有效避免以上问题的出现。

图5 材料涂层表面的疏水性能示意图

2.市场规模及增长趋势

近年来，从全球趋势来看，下游市场对多功能、新材质、高附加值的医用敷料的需求日渐迫切，高端医用敷料产业迎来了良好的发展机遇。高端伤口敷料主要针对的是更为复杂的伤口护理，包括慢性伤口、烧伤、复杂手术伤口等，此类伤口通常愈合难度较大、愈合时间较长、对患者而言更为痛苦且可能引发严重的并发症。高端伤口敷料主要以湿性伤口愈合理论为基础，具有减轻换药痛苦、缩短愈合时间、减少换药次数、降低医务人员的劳动强度、降低综合治疗成本、换药操作简便易行等优点。根据相关数据统计，2022年全球高端敷料市场规模达70.15亿美元，中商产业研究院预测，2023年全球高端敷料行业市场给规模预计达到73.36亿美元。

图6全球敷料行业情况

随着发达国家的劳动力成本不断提高，大型跨国医疗器械公司逐渐将医用敷料中劳动力需求较大、技术含量较低的传统伤口护理产品（例如纱布、绷带）的生产环节转移至亚洲、南美等地区和国家，保留研发和营销环节，在市场上以自主品牌进行销售。美国、欧洲和日本等发达经济体借着经济水平较为发达，居民医疗保健意识较强，人口老龄化趋势更为明显，成为全球最主要的医用敷料消费市场。面对日益扩大的市场需求，新型超疏水纱布的发展拥有更为广阔的市场前景。

3.行业竞争

医用无纺布有着很大的市场竞争优势，它不像其他的面料一样需要经过纺织纱布，而是将长纤维或短纤维通过定向或随机排列并经过器械加固后制成，生产流程简短可批量生产。市面上普通无纺布多孔的纤维结构，具有一定的透气性，而且无纺布本身含水率不高，也有着较好的过滤效果，另外它本身不含有毒有害的化学物质，因此在使用过程中不会刺激和伤害到人体。在伸缩性和耐磨性方面医用无纺布也有优秀的表现，发生形变之后能够自行复原，同时还具有一定的防水功能，低廉的生产成本使得无纺布有着很大的市场竞争优势。但其与纺织布相比强度和耐久性较差，容易从直角方向撕裂，而且这种布料的降解难度比其他布料要大抑菌性不高。

图7普通纱布与本项目产品对比