海藻酸盐纤维的离子交换特性研究

作为一种高分子羧酸，海藻酸与各种金属离子结合后形成的高分子盐具有特殊的离子交换特性。在纤维制造过程中，通过凝固浴中丝条的离子交换可以在纤维上负载各种金属离子，使用过程中释放出锌、铜、银等对人体无毒性、有保健功效的微量金属离子。纤维的化学结构和体液中钠离子、蛋白质等成分在离子交换过程中起重要作用。在对三种含不同M/G单体的海藻酸钙纤维与A溶液接触后释放钙离子的研究中，高G纤维的接触液中含有317.5mg/kg钙离子，而高M纤维接触液中的钙离子浓度达到560mg/kg，接近高G纤维的2倍，显示高M纤维在与含钠离子的溶液接触后更容易发生离子交换。Doyle等的研究显示，海藻酸盐纤维释放出的钙离子对人体成纤维细胞有刺激作用，对伤口愈合有重要的促进作用。

Smidsrod等发现海藻酸对金属离子的亲和力为：Pb2+＞Cu2+＞Cd2+＞Ba2+＞Sr2+＞Ca2+＞Co2+=Ni2+=Zn2+＞Mn2+，其中铜离子与海藻酸有很强的亲和力。研究显示，海藻酸和海藻酸钙纤维对铜离子均有较好的吸附性能，24h后的平衡吸附量分别为68.6mg/g和81.7mg/g。由于体液中铜离子的含量约为1mg/L，海藻酸盐纤维对铜离子的吸附作用在临床上有特殊的意义，可以在创面局部富集对伤口愈合有促进作用的铜离子，有效促进伤口的愈合。

研究显示，铜离子是人体生理和代谢过程中的一个重要元素，在诱导血管内皮生长因子、血管生成、皮肤细胞外蛋白的表达和稳定过程中起关键作用。对于患有糖尿病足溃疡、褥疮、静脉溃疡等创面血液循环不良的病人，较低的局部铜含量会延缓伤口愈合，而在创面补充铜离子可以促进血管生成和皮肤再生。

海藻酸与金属离子的交换系数受海藻酸中M/G含量的影响。表6-1显示了铜、钡、钙、钴离子与两种含不同量M/G单体的海藻酸钠的离子交换系数。

表6-1　两种含不同量M/G单体的海藻酸钠的离子交换系数(www.xing528.com)

从表6-1可以看出，不同种类的海藻酸对金属离子的结合力有很大差别。当海藻酸分子结构中的M/G比例为1.60时，铜离子与钠离子的离子交换系数为230，钴离子与钠离子的交换系数仅为3.5。尽管表中的4种金属离子都可以与海藻酸钠反应后形成胶体，其成胶性能与金属离子的种类和海藻酸中的M/G比例密切相关。G单体含量高的海藻酸的离子交换系数比M单体含量高的海藻酸高。对于钡离子，当海藻酸的M/G比例为0.45时，钡和钠离子的交换系数为52，而当M/G比例为1.60时，钡和钠离子的交换系数仅为21。

世界各地的褐藻种类很多，从不同的褐藻中提取的海藻酸在G、M、GG、MM、GM含量上有很大变化，其对各种金属离子的结合力也有很大的变化。Smidsrod和Haug研究了从不同褐藻中提取的海藻酸对钙离子和钠离子的结合力，其离子交换系数如表6-2所示。从表6-2可以看出，高G和高M型海藻酸钠对钙离子的结合有很大的区别，M/G比例为1.70的高M型海藻酸钠的离子交换系数为7.0，而M/G比例为0.45的高G型海藻酸钠的离子交换系数高达20.0。

表6-2　钙离子与不同来源的海藻酸钠的离子交换系数