综述：竹子在医学领域的应用：最新研究综述

《Advanced Materials Technologies》：Bamboo Medical Application: A State-of-the-Art Review

　　**摘要**

竹子因其独特的机械性能和抗菌特性而受到越来越多的关注，被视为一种可持续的医疗应用材料。尽管具有这些潜力，但在现代临床环境中的应用仍然有限。本综述旨在全面概述基于竹子的材料的当前医疗用途，重点关注应用领域和材料组成。通过对PubMed和Scopus数据库的系统文献搜索，共找到了45篇相关文章，并根据医疗应用和材料用途对这些文章进行了分类。竹制医疗设备的多样性较大：用于体内的设备通常将竹子作为主要结构元素，而外部设备则主要使用竹子作为增强材料。用于治疗的纺织品主要将竹子作为次要成分，通常与抗菌或增强机械性能的添加剂结合使用。相比之下，防护纺织品主要将竹子作为主要成分，利用其天然的舒适性和透气性。在所有应用中，选择竹子都是因为其机械性能、抗菌性和透气性。竹子在医疗技术中的整合正在增加，这得益于其可持续性和功能性能。然而，在加工复杂性和证明其相对于传统材料的明显优势方面仍存在挑战。

**1 引言**

**1.1 背景**

竹子是一种生长迅速且可再生的资源，具有独特的机械性能，在可持续结构和工程应用方面越来越受到关注[1-3]。由于其较高的比抗拉强度、轻质和硬度，竹子被认为是一种功能分级的材料，其性能在其结构中有所不同。竹子的种类、化学成分、年龄以及位于竹秆的位置都会影响这些性能。竹子的内部结构对其机械性能起着关键作用。竹秆通常是中空的，分为节和节间（图1）。作为植物运输系统的一部分，维管束的浓度从竹秆内部向外逐渐增加，从而形成了刚度和强度的梯度，增强了竹子抵抗弯曲和轴向载荷的能力。此外，竹纤维（BF）具有许多孔隙，使其具有轻质和透气的特性[1, 2, 4, 5]。由于这些特性，竹子在非洲和亚洲地区历史上被用于制作矫形器等骨科设备[6]。通过加热和弯曲等基本技术，竹子可以被制成各种医疗设备，包括拐杖、手杖和假肢[7, 8]。此外，BF还被用于具有抗菌和透气特性的纺织品[2, 4, 9]。这些特性最近在生物医学领域引起了兴趣，特别是在利用竹子的生物降解性和抗菌性的应用中[2, 4]。支持竹子潜力的一个重要特征是它与骨骼的相似性，使其适合用于可植入的骨科设备。竹子的层次多孔结构对其机械强度有贡献，其弹性模量与骨骼非常接近，尤其是与其他生物材料（如磷酸钙或钛）相比[10]。对竹子在医疗保健领域的兴趣部分是由于传统医疗材料带来的环境负担。医疗保健服务严重依赖一次性塑料和聚合物密集型消耗品，特别是在手术室中，例如，大型骨科手术每次可能产生7.3公斤的塑料废物[11]。与此同时，用于手术服、口罩和包装的医用非织造布代表了对可再生和潜在可降解材料日益增长的需求[12]。这些挑战加剧了对可再生材料的兴趣，这些材料可以在保持性能的同时减少对化石衍生塑料的依赖[13]。由于竹子的可再生性和由其层次化、功能分级结构带来的有利机械性能，竹子是一个有前途的候选材料[1, 3, 7]。然而，可持续性的好处在很大程度上取决于加工方法和生命周期考虑[8, 13]。尽管具有这些潜力，关于竹子在医疗保健领域的文献仍然零散。材料性能因种类、年龄、含水量和竹秆位置而显著不同[1, 3, 7]，而不同的加工方法（从化学改性到纺织品制造和纤维混合）限制了跨研究比较[9, 10, 12]。此外，特别是在骨科应用中，缺乏标准化继续阻碍了更广泛的采用，并突显了需要监管框架和一致测试协议[7]。一些研究报告了生物相容性和细胞毒性评估，但证据基础主要停留在临床前阶段，使得在没有进一步验证的情况下难以评估其临床转化和相关性[7, 8, 10, 12]。尽管竹子在传统和非医疗环境中长期被使用，但其在现代医疗保健中的作用尚未得到系统性的综合研究。本综述旨在全面概述基于竹子的材料的当前医疗应用，重点关注其材料组成。它探讨了竹子在医疗保健领域的潜力，识别了新兴趋势，并概述了未来创新和发展的机会。

**2 方法**

**2.1 文献搜索**

为了全面了解竹子在医疗和生物医学领域的当前和潜在应用，进行了系统的文献搜索。访问了PubMed和Scopus数据库，检索截止日期为2025年11月28日。搜索查询分为两个类别：“材料”和“应用领域”。在每个类别中，使用布尔运算符生成并组合了关键词。有意采用广泛的搜索策略以尽量减少错过相关出版物的风险。搜索仅限于英文出版物。在Scopus中，应用了额外的过滤器，以仅包括以下主题领域的文档：医学、材料科学、工程、健康专业、多学科、牙科和神经科学。这种方法用于排除与药品、治疗或非医疗应用相关的文章。Scopus使用的搜索查询如下，并根据PubMed进行了相应调整：TITLE-ABS-KEY ((“bamboo” OR “bambusa”) AND (“medical” OR “healthcare” OR “clinical” OR “biomedical” OR “biomechanical”) AND (LIMIT-TO (SUBJAREA, “MEDI”) OR LIMIT-TO (SUBJAREA, “MATE”) OR LIMIT-TO (SUBJAREA, “ENGI”) OR LIMIT-TO (SUB-JAREA, “HEAL”) OR LIMIT-TO (SUBJAREA, “MULT”) OR LIMIT-TO (SUBJAREA, “DENT”) OR LIMIT-TO (SUBJAREA, “NEUR”))) AND (LIMIT-TO (LANGUAGE, “English”)。

**2.2 合格标准**

以下标准用于确定文章是否适合纳入本综述。如果文章描述或评估了基于竹子或竹复合材料的设备、材料或制造方法，并且在医疗、生物医学或生物力学背景下具有已证明或潜在的应用，则将其纳入。医疗设备的定义遵循医疗器械法规（MDR）；简而言之，医疗设备是指制造商为一种或多种特定医疗目的设计的任何仪器、装置、器具、软件、植入物、材料或其他物品，其主要预期作用不是通过药理学、免疫学或代谢手段实现的[14]。如果文章提到的是非植物学意义上的竹子（如“竹脊柱”或以竹子命名的动物物种），或者研究仅关注一般个人健康产品（如卫生巾或尿布），则将其排除在外。此外，讨论药品、药物或治疗剂的文章也被排除在本综述之外。

**2.3 文献搜索结果**

搜索从Scopus获得了685篇论文，从PubMed获得了278篇论文。去除重复项后，共有805条独特记录。根据合格标准对标题进行筛选后，剩下174篇文章。在审查摘要和图表后，有105篇文章因竹基材料的使用不明确或未指定、缺乏明确的医疗应用或无法获取全文而被排除，最终留下45篇文章。下图显示了选择过程的PRISMA图（图2）。

**3 结果**

**3.1 分类**

本综述中包含的所有文章都在两个总体分类下进行讨论：“医疗应用”和“材料利用”（图3）。这些分类有助于系统地分析竹子在医疗领域的应用，重点关注其在医疗材料中的结构整合。这种方法旨在映射竹子的功能和结构性能，并识别它们之间的潜在关系。医疗应用指的是基于竹子的材料在医疗、生物医学或生物力学领域中的各种应用。“医疗应用”组进一步分为两个类别：“医疗纺织品”和“医疗设备”。医疗纺织品包括两个子类别：“用于保护的纺织品”和“用于治疗的纺织品”。医疗设备根据设备的侵入性分为三个子类别：“体外设备”、“体表设备”和“体内设备”（图3）。

**3.2 竹子——医疗应用**

在医疗纺织品类别中确定的20篇文章中，有12篇涉及用于保护的纺织品[9, 12, 15-24]，其余8篇文章关注用于治疗的纺织品[25-32]。在这里，基于竹子的织物因其抗菌活性和防水性而被用于手术服装，如手术服和口罩[12, 16, 22]。例如，Gao等人[12]开发了一种专为医疗用途设计的基于竹子的织物，将竹纤维素纤维（BCFs）结合到非织造结构中，适用于手术服、口罩和器械包装等应用。BCFs作为主要结构成分，而功能改进是通过原位生长ZIF-67和随后的聚二甲基硅氧烷（PDMS）涂层实现的。该织物表现出高抗菌性能，对多种微生物病原体的抗菌率超过99%。此外，它还表现出优异的生物相容性和透气性，在兔子皮肤上没有观察到刺激。与手术服装不同，医院服装由医疗人员在日常活动中穿着。多项研究强调了基于竹子的织物的抗菌活性、透气性和湿度管理能力，使其适合这种类型的服装[17-19, 21, 22, 24]。竹织物还用于医疗生活方式产品，如床上用品和床垫，重点是将BF整合到生物相容、卫生和舒适的制品中[9, 22]。例如，Kandhavadivu等人[22]描述了一种由活性炭和竹子制成的多功能织物，适用于床上用品、医院服装和手术服。织物使用基于聚酯的竹活性炭（PBBC）作为主要成分，PBBC/莱赛尔纤维的比例各不相同（100:0、75:25、50:50和25:75），从而将材料组成与特定医疗应用相关联。竹活性炭（BC）是通过高温热解生产的，可以以多种形式存在，如粉末、嵌入纤维中或作为整体段。研究表明，BC的抗菌（细菌减少率高达90%）和抗真菌特性相结合，使得织物符合医院纺织品的功能要求。在更高级的应用中，Huang等人[23]开发了一种基于竹子的弹性复合织物，具有远红外线（FIR）发射性，这归功于BC纤维，以及不锈钢纤维提供的电磁屏蔽效果（EMSE）。复合纱线设计中，含有BC的纤维作为主要护套材料，SS纤维作为导电核心。FIR已被证明可以促进血液循环并增强代谢活动。因此，结合FIR和EMSE特性使得该织物适合用于热疗服装，如颈部支撑物、护膝和腹部包裹物，以及用于电磁敏感环境中的防护服装。用于治疗的纺织品提出了不同类型的基于竹子的伤口敷料，强调它们的抗菌活性、吸水性、透气性和湿度管理[9, 27-29, 31, 32]。曾等人[32]最近的一项研究介绍了一种新型冷却织物，该织物旨在调节体温和湿度，为伤口愈合提供湿润但不粘的微环境。竹粘胶纤维被用作次要的吸湿成分，而像聚乙烯（PE）、凉爽聚酯（CPET）和凉爽聚酰胺（CPA）这样的冷却合成纤维则构成了主要的结构和冷却元素，从而将材料组成与湿度管理和温度调节性能联系起来。此外，竹粘胶纤维是通过粘胶工艺从竹浆中再生而来的，具有天然的抗菌性能，这进一步有助于改善伤口护理效果。竹子还被研究用于绷带应用，主要是因为其抗菌特性[25, 26, 30]。N O?lakcio?lu等人[30]评估了基于竹子的压缩绷带，重点关注其压力和舒适性。竹纤维被用作弹性纤维芯纱中的次要包覆成分，而弹性纤维则提供了主要的压缩功能。他们的研究结果表明，这些绷带可以提供足够的压力用于压缩治疗，并且比传统的压缩服装具有更好的耐热性。

3.2.2 医疗设备
在归类为医疗设备的25篇文章中，有5篇讨论了用于体外的设备[8, 33-36]，11篇关注用于体表的设备[37-47]，9篇研究了用于体内的设备[10, 48-55]。用于身体的设备被定义为外部使用设备，意味着它们仅与皮肤接触。在骨科设备领域，有四篇论文介绍了由竹子制成的假体组件。这些研究表明，基于竹子的材料由于其机械性能（包括高强度、弹性、低密度以及可回收性和生物降解性等环境优势）非常适合用于假体应用[8, 41, 45-47]。例如，Sosiati等人和Irawan等人都探讨了竹复合材料作为假体套的潜在材料，如图4a所示[41, 47]。竹纤维或层压材料作为主要的增强相，通常与聚合物基体结合使用，以提供假体所需的结构性能。除了套的应用外，Minuto等人[8]的最新工作还将竹层压材料扩展到了承重假脚的应用中，显示出与商用碳纤维假脚相当的机械性能，同时减轻了重量、成本和环境影响。其他基于竹子的骨科设备主要用于提供支撑或矫正，通常以矫形器的形式[39, 40, 42]。图4展示了基于竹子的骨科应用示例：(a) 假体套[41]；(b) 踝部护具[42]；(c) 踝部骨折矫形器[40]。Lu等人[42]描述了一种基于纳米BC粉末的踝部护具，旨在减轻疼痛、改善踝关节平衡，并结合康复治疗增强运动范围和活动度（图4b）。同样，Hou等人[40]提出了一种具有潜在骨科应用的竹复合材料，特别是由于其机械强度和轻质特性（图4c）。在更传统的背景下，有两篇论文描述了竹子在骨科应用中的使用[43, 44]。例如，Meng等人[43]描述了一种用于Colles骨折的传统竹夹板，并将其与基于相同概念的重新设计的版本进行了比较。竹子是唯一的结构材料，为骨折固定提供了刚性的外部支撑。竹帘夹板由四个帘式夹板组成，每个夹板都用棉带固定。竹夹板的优点包括可调节性、良好的透气性和X射线透明度，其主要缺点是使用复杂。有三篇论文介绍了竹子在医疗监测设备中的应用[36-38]。在Zhu等人的研究中[38]，竹子被加工成碳化竹气凝胶（CBA），作为应变传感的导电支架。这种竹气凝胶在监测人类运动（如呼吸、气流或与呼吸相关的腹部运动）方面显示出潜力。有八篇文章讨论了用于体内的医疗设备，全部都是骨科应用。由于竹子在机械性能上与骨头相似，因此被用于内部骨骼固定装置[48, 56]。Liu等人[56]描述了一种基于竹子的抗菌水凝胶，可用作轻质骨填充材料，以防止植入部位的感染。在这种材料中，竹炭作为主要的结构基底，而抗菌性能是通过加入含银纳米颗粒（AgNP）的热敏水凝胶实现的。基于竹子的材料还用于牙齿修复、骨支架或组织工程中的骨材料，突出了它们有利的机械性能和层次多孔结构[49, 51-55]。Ma等人[51]评估了一种基于竹子的骨材料的可行性，该材料旨在复制天然骨的结构和组成，确定了其在骨再生方面的潜力。在这个仿生系统中，竹纤维作为有机基质，而纳米羟基磷灰石（n-HA）作为无机生物活性相。在此基础上，Jiang等人（2022年）[49]研究了用于引导骨组织再生（GBR）的BF复合膜，强调了它们的高强度、生物降解性和低成本作为生物医学应用的关键优势。有三篇文章描述了用于体外的基于竹子的应用。这两篇文章都关注用于诊断、治疗、监测或在医疗环境中提供支持的医疗设备[33-35]。例如，Gawande等人[33]研究了用于生物医学成像系统（特别是MRI和CT扫描床或机器）的生物复合斜层压复合（SLCS）板。材料性能，如生物降解性、放射透明度、轻质和高强度、抗振动性，是SLCS板适用于生物医学成像机器的关键考虑因素。虽然第3.2节描述了竹子被探索的医疗应用，但下一节将重点转移到支持这些应用的材料策略上。具体来说，它研究了竹子作为唯一成分，以及复合材料（竹子作为主要或次要成分）的物理形式和结构作用，以实现上述医疗用途所需的功能性能。

3.3 竹子——材料利用
3.3.1 竹子作为唯一成分
竹子可以以多种物理形式使用，包括整段、纤维和颗粒，如下图5所示，以下部分将讨论关于这些材料形式的文章。在七篇论文中，竹子被用作唯一成分，其中五篇使用整段竹子，两篇使用BF[24, 26, 34, 43, 44, 46]。Shashmin等人[46]描述了干燥和改性竹子的弯曲、压缩和拉伸性能。改性竹子是通过将原始竹秆切割成适当尺寸，通过热蒸汽处理软化它们，然后碳化条带来重新塑形的。这一过程旨在解决天然竹子存在的弹性模量低和耐用性差的问题。改性竹子的机械性能，包括抗拉屈服强度（230.0 ± 6.2 MPa）、压缩屈服强度（87.6 ± 4.3 MPa）和弯曲屈服强度（270.6 ± 3.5 MPa），与干燥竹子相比提高了0.3%–4%。研究还指出，竹子的强度是铝的两倍，是纤维增强塑料的三倍。Kalkanci等人[24]研究了完全由BF制成的纺织品，并将其与其他材料在过滤性能和抗菌性能方面进行了比较。

3.3.2 复合材料——竹子作为主要成分
在讨论竹子作为复合材料的35篇文章中，有18篇将竹子作为主要成分。其中，14篇报告了纤维形式的竹子，3篇报告了使用整段竹子的情况。不同的BF复合材料通过添加合成或天然纤维得到了增强[9, 16, 17]。Chonsakorn等人[9]描述了一种由竹废料与聚酯纤维混合制成的非织造织物。添加BF主要是利用其抗菌性能。相比之下，聚酯纤维对于机械加工（如梳理或针刺）是必需的，针刺是一种非织造制造技术，其中带刺的针将纤维机械地缠结在一起，形成具有明确结构和足够机械强度的致密织物。最佳的竹子与聚酯纤维比例为70:30，使得可以稳定地加工成针刺非织造织物。Manjula等人[27]描述了一种作为主要结构成分的竹非织造织物，具有相对较高的强度。竹织物经过氧等离子体处理以增强其亲水性，这对伤口敷料非常有利。随后，将固态银纳米颗粒沉积在竹织物表面作为涂层。这些银纳米颗粒表现出强烈的抗菌活性，有助于防止微生物渗透。六篇文章描述了通过添加无机或矿物添加剂来增强BF复合材料的结构性能[12, 20, 42, 49, 51, 53]。纳米羟基磷灰石（n-HA）与BF（n-HA/BF）的结合被用来克服n-HA的机械局限性，如脆性和耐磨性差。Ma等人[51]专注于开发块状复合材料，得到了一个固体复合样品，而Jiang等人[49]则关注了一种薄复合膜。Ma等人[51]表明，将BF加入纯n-HA中可以提高压缩强度，30% BF的复合材料的压缩强度最高达到了31.0 MPa。Jiang等人[49]显示，增加n-HA含量最初增强了膜的拉伸强度，在20% n-HA时达到峰值（36.32 MPa），但在更高的n-HA含量下由于颗粒聚集而降低，颗粒聚集在一起而不是均匀分散，导致应力集中和载荷传递减弱。这里还发现，竹子对加工温度敏感，随着温度的升高，厚度增加，表面积减小，这是由于BF分子之间的氢键发生变化。竹子还可以作为纤维素纤维的来源，这些纤维通过机械和化学过程从竹子中提取[15]。Zhang等人[53]的研究报道了从竹子 parenchyma 细胞中提取的纤维素纳米纤维（CNFs）制备的气凝胶。这些CNFs被组装成多孔气凝胶结构，以解决传统纤维素气凝胶的亲水性和脆弱性问题（图6a）。由于层状排列的结构，所得气凝胶表现出各向异性的机械性能，这是通过冷冻铸造CNF悬浮液和甲基三甲氧基硅烷（MTMS）溶液混合物实现的。这种排列结构有助于沿冷冻方向（即轴向）提高强度和刚性（图6b）。图6展示了硅化竹纤维素纳米纤维气凝胶的制备和各向异性层状结构。（a）通过单向冷冻铸造制备硅化竹纤维素纳米纤维（CNF）气凝胶的示意图，产生了排列有序的多孔结构。（b）硅化CNF气凝胶的垂直截面扫描电子显微镜图像，显示了沿冷冻方向的层状孔结构。此外，Gao等人[12]描述了将竹纤维素纤维（BCFs）制成非织造织物结构。这些纤维保留了高强度和柔韧性等固有特性。ZIF-67金属-有机框架原位生长在BCFs上，并在这些ZIF-67改性的纤维上涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS）。最终材料表现出最大的断裂力为51.09 N，平均拉伸强度为12.51 MPa。Zhu等人[38]描述了一种主要由两种成分组成的基于竹子的复合材料：碳化竹气凝胶（CBA）和硅树脂。CBA具有对材料电导率和弹性至关重要的3D网络，使其成为应变传感的功能核心。CBA表现出可恢复的压缩应变，最多可压缩到原始厚度的60%，并在移除负载后完全恢复到初始形状，没有任何永久变形。在这个范围内，材料表现出准线性的应力-应变响应。然而，超过60%的应变后，应力急剧上升，导致永久性结构失效。通过将CBA封装在硅树脂中，提高了复合材料的柔韧性和可伸展性。在60%的压缩应变以下，复合材料的应力达到331 kPa，大约是纯硅树脂的43倍，也是纯硅树脂的两倍。在描述竹子作为主要成分的19篇文章中，有三篇描述了用于体外的应用[52, 56]。这些应用都关注用于诊断、治疗、监测或在医疗环境中提供支持的医疗设备[33-35]。例如，Gawande等人[33]研究了用于生物医学成像系统的生物复合斜层压复合（SLCS）板，特别是用于MRI和CT扫描床或机器。材料性能，如生物降解性、放射透明度、轻质、高强度和抗振动性，是SLCS板适用于生物医学成像机器的关键考虑因素。虽然第3.2节描述了竹子被探索的医疗应用，但下一节将重点转移到支持这些应用的材料策略上。具体来说，它研究了竹子作为唯一成分，以及复合材料（竹子作为主要或次要成分）的物理形式和结构作用，以实现上述医疗用途所需的功能性能。

3.3.1 竹子作为唯一成分
竹子可以以多种物理形式使用，包括整段、纤维和颗粒，如下图5所示，以下部分将讨论关于这些材料形式的文章。在七篇论文中，竹子被用作唯一成分，其中五篇使用整段竹子，两篇使用BF[24, 26, 34, 43, 44, 46]。Shashmin等人[46]描述了干燥和改性竹子的弯曲、压缩和拉伸性能。改性竹子是通过将原始竹秆切割成适当尺寸，通过热蒸汽处理软化它们，然后碳化条带来重新塑形的。这一过程旨在解决天然竹子存在的弹性模量低和耐用性差的问题。改性竹子的机械性能，包括抗拉屈服强度（230.0 ± 6.2 MPa）、压缩屈服强度（87.6 ± 4.3 MPa）和弯曲屈服强度（270.6 ± 3.5 MPa），与干燥竹子相比提高了0.3%–4%。研究还指出，竹子的强度是铝的两倍，是纤维增强塑料的三倍。Kalkanci等人[24]研究了完全由BF制成的纺织品，并将其与其他材料在过滤性能和抗菌性能方面进行了比较。

3.3.2 复合材料——竹子作为主要成分
在讨论竹子作为复合材料的35篇文章中，有18篇将竹子作为主要成分。其中，14篇报告了纤维形式的竹子，3篇报告了使用整段竹子的情况。不同的BF复合材料通过添加合成或天然纤维得到了增强[9, 16, 17]。Chonsakorn等人[9]描述了一种由竹废料与聚酯纤维混合制成的非织造织物。添加BF主要是利用其抗菌性能。相比之下，聚酯纤维对于机械加工（如梳理或针刺）是必需的，针刺是一种非织造制造技术，其中带刺的针将纤维机械地缠结在一起，形成具有明确结构和足够机械强度的致密织物。最佳的竹子与聚酯纤维比例为70:30，使得可以稳定地加工成针刺非织造织物。Manjula等人[27]描述了一种作为主要结构成分的竹非织造织物，具有相对较高的强度。竹织物经过氧等离子体处理以增强其亲水性，这对伤口敷料非常有利。随后，将固态银纳米颗粒沉积在竹织物表面作为涂层。这些银纳米颗粒表现出强烈的抗菌活性，有助于防止微生物渗透。六篇文章描述了通过添加无机或矿物添加剂来增强BF复合材料的结构性能[12, 20, 42, 49, 51, 53]。纳米羟基磷灰石（n-HA）与BF（n-HA/BF）的结合被用来克服n-HA的机械局限性，如脆性和耐磨性差。Ma等人[51]专注于开发块状复合材料，得到了一个固体复合样品，而Jiang等人[49]则关注了一种薄复合膜。Ma等人[51]表明，将BF加入纯n-HA中可以提高压缩强度，30% BF的复合材料的压缩强度最高达到了31.0 MPa。Jiang等人[49]显示，增加n-HA含量最初增强了膜的拉伸强度，在20% n-HA时达到峰值（36.32 MPa），但在更高的n-HA含量下由于颗粒聚集而降低，颗粒聚集在一起而不是均匀分散，导致应力集中和载荷传递减弱。这里还发现，竹子对加工温度敏感，随着温度的升高，厚度增加，表面积减小，这是由于BF分子之间的氢键发生变化。竹子还可以作为纤维素纤维的来源，这些纤维通过机械和化学过程从竹子中提取[15]。Zhang等人[53]的研究报道了从竹子 parenchyma 细胞中提取的纤维素纳米纤维（CNFs）制备的气凝胶。这些CNFs被组装成多孔气凝胶结构，以解决传统纤维素气凝胶的亲水性和脆弱性问题（图6a）。所得气凝胶由于其层状排列的结构而表现出各向异性的机械性能，这是通过冷冻铸造CNF悬浮液和甲基三甲氧基硅烷（MTMS）溶液混合物实现的。这种排列结构有助于沿冷冻方向（即轴向）提高强度和刚性（图6b）。图6展示了硅化竹纤维素纳米纤维气凝胶的制备和各向异性层状结构。（a）通过单向冷冻铸造制备硅化竹纤维素纳米纤维（CNF）气凝胶的示意图，产生了排列有序的多孔结构。（b）硅化CNF气凝胶的垂直截面扫描电子显微镜图像，显示了沿冷冻方向的层状孔结构。此外，Gao等人[12]描述了将竹纤维素纤维（BCFs）制成非织造织物结构。这些纤维保留了高强度和柔韧性等固有特性。ZIF-67金属-有机框架原位生长在BCFs上，并在这些ZIF-67改性的纤维上涂覆聚二甲基硅氧烷（PDMS）。最终材料表现出最大的断裂力为51.09 N，平均拉伸强度为12.51 MPa。Zhu等人[38]描述了一种主要由两种成分组成的基于竹子的复合材料：碳化竹气凝胶（CBA）和硅树脂。CBA具有对材料电导率和弹性至关重要的3D网络，使其成为应变传感的功能核心。CBA表现出高达60%的可恢复压缩应变，意味着它可以压缩到其原始厚度的60%，并在移除负载后完全恢复到初始形状，没有任何永久变形。在这个范围内，材料表现出准线性的应力-应变响应。然而，超过60%的应变后，应力急剧上升，导致永久性结构失效。硅树脂通过封装CBA来提高复合材料的柔韧性和可伸展性。在60%的压缩应变以下，复合材料的应力达到331 kPa，大约是纯硅树脂的43倍，也是纯硅树脂的两倍。在描述竹子作为主要成分的19篇文章中，有三篇描述了使用整段BC材料以其多孔结构、轻质和低密度为特点，被用作主要的结构材料，作为表面改性和涂层的基础。这种水凝胶主要由聚(N-异丙基丙烯酰胺)（NIPAAm）组成，以其热敏性能而闻名。Xue等人[52]描述了一种基于磷酸钙矿化的竹子复合材料支架（CaP-bamboo）。CaP被引入到脱木质的竹子模板中，主要是为了诱导骨骼向支架内生长；然而，作为一个副作用，矿化层也增强了材料的强度。矿化的CaP-bamboo支架达到了246.2 ± 18.7 MPa的弯曲强度、104.3 ± 10.2 MPa的压缩强度、8.7 ± 0.5 GPa的弯曲模量和3.1 ± 0.3 GPa的压缩模量。CaP-bamboo支架表现出高机械强度和低弯曲模量，与人类皮质骨相当。

3.3.3 复合材料——竹子作为次要成分
在讨论复合材料的33篇文章中，有16篇使用了竹子作为次要成分。其中，14种复合材料使用了竹纤维，1种使用了竹颗粒，1种使用了整根竹子。竹子被用作聚合物基复合材料的增强材料，以提高强度、韧性和硬度。聚合物基体将纤维结合在一起并传递应力，选择不同的聚合物取决于应用要求[21, 33, 39-41, 48]。特别是，Hou等人[40]描述了一种由排列整齐的竹宏观纤维嵌入聚己内酯多元醇（PCL）基体中的轻质聚合物复合材料。竹宏观纤维因其内在的排列结构而具有高强度，而PCL则起到粘合剂的作用，将竹宏观纤维固定在一起。这种填充了竹宏观纤维的轻质聚合物复合材料（BMC）表现出超高的强度（31.5 MPa，是PLA的3.3倍）和高韧性（21.7 MJ m?3，是PCL的4倍）。随着纤维含量的增加，强度和模量也会增加，尽管当纤维负载超过20%时模量会下降。Jiang等人（2017年）[48]描述了一种由BF、n-HA和聚（乳酸-羟基乙酸）（PLGA）基体组成的可生物降解三元复合材料。BF的加入增强了n-HA/PLGA复合材料的机械性能。与之前的文章相反，增加BF含量会导致机械强度和韧性降低，这是由于聚集和界面粘附不良造成的。5%的BF含量显示出最高的弯曲强度，约为147.5 MPa。有四篇文章描述了将BF作为次要成分与合成纤维结合使用[22, 25, 31, 32]。例如，Zeng等人[32]开发了一种基于丝状/竹芯纱的Janus吸湿冷却织物（J-HCF），将冷却的合成纤维（CPET、PE或CPA）与竹粘胶纤维外层结合。竹成分提供了高吸湿性和毛细传输能力，而合成核心则增强了热导率和接触冷却效果。这种混合芯-外层设计使纱线的强度比单独使用相应的冷却纤维（CPET、PE或CPA）提高了11.6–14.3%，表明基于竹子的再生纤维素纤维可以有效提升功能性能和机械坚固性。重要的是，使用竹粘胶纤维突显了可再生植物纤维在高性能纺织品中部分替代完全合成系统的潜力[28-30, 57]。在回顾的文章中，Og?lakc?og?lu等人[30]因其对压缩性能的关注而脱颖而出。他们使用芯纺纱制造了管状医用绷带，以弹性纤维氨纶作为核心，竹子作为外层。竹子因其透气性、柔软性和湿度管理等固有优势而被选用，而氨纶则作为核心材料提供压缩效果。基于竹子的织物样品显示出25.98 mmHg的压力值、50.01 L·m?2·s?1的空气渗透率、36.76%的水蒸气渗透率和0.0310 W/m2K的隔热性能。结果表明，这些绷带具有良好的舒适性，并且具有适当的压缩效果。Huang等人[23]介绍了一种复合纱线，其中BC粗纱（70%人造丝，30% BC纤维）形成外层，不锈钢（SS）纤维形成核心。BC纤维增强了拉伸强度，而SS提供了电磁屏蔽作用，但并未显著提高机械强度。为了提高弹性，还加入了橡胶线。Sallal等人[45]研究了将竹颗粒作为层压树脂复合材料的增强剂。在这项研究中，树脂作为基体，添加了5微米大小的竹颗粒以增强机械性能。然而，与其他有机和无机填料相比，竹颗粒的拉伸强度值相对较低，介于40到50 MPa之间。这种强度的降低归因于颗粒的针状形态，这种形态增加了应力集中并促进了裂纹的传播，特别是在高负载比下。在本研究的（图7）中也可以观察到类似的针状形态，这可能有助于解释相似的机械行为[58]。图7在图查看器中打开。

SEM显微照片显示了不同放大倍数下的竹颗粒：(A) 50×和(B) 100×，显示出细长的针状形态[58]。Sosiati等人[47]描述了将整根竹段与竹片结合用于层压复合材料。这些复合材料使用聚酯基体，并通过编织的E-玻璃和编织的竹子进行增强，并填充了蛋壳微粒（EMPs）。层压复合材料的不同E-玻璃（G）和编织竹子的堆叠顺序有所不同。选择竹子是因为其高拉伸强度（高达335.8 MPa）和弹性模量（15.8 GPa）。GBGBG堆叠顺序表现出最佳性能，具有最高的弯曲强度（177.19 MPa）、冲击韧性（88.13 kJ/m2）和最低的吸水率（0.64%），这归因于增加的玻璃纤维含量和强化的层间结合。

4 讨论
4.1 对比分析
本综述概述了当前基于竹子的材料的医疗应用。医疗应用分为医疗纺织品和医疗设备，而竹材料成分则被分类为仅含竹子、主要成分或次要成分。明显的应用模式显现出来，竹子的使用与其结构作用和性能要求密切相关。因此，本节探讨了竹材料成分与医疗应用之间的关系。下面展示了基于竹子的应用在医疗纺织品和医疗设备中的分布及其相应的材料成分（见图8a）。

4.1 对比分析
本综述提供了基于竹子的材料在医疗领域的当前应用概述。医疗应用分为医疗纺织品和医疗设备，而竹材料成分则被分类为仅含竹子、主要成分或次要成分。竹子的使用与其结构作用和性能要求紧密相关。图8a显示了基于竹子的应用在医疗纺织品和医疗设备中的分布及其相应的材料成分。

医疗纺织品中的应用，如医院服装，更注重舒适性和透气性，这些特性是竹纤维天然具备的[9, 16, 19]。相比之下，治疗性纺织品，如压缩绷带，需要更高的弹性。在这种情况下，竹子通常与弹性材料（如氨纶）一起用作增强成分，这些材料主要决定了纺织品的机械性能[25, 26, 30]。同样，伤口敷料需要增强伤口愈合效果和抗菌功能，而单靠竹子往往无法提供这些特性。因此，经常加入银纳米粒子涂层或抗菌油等添加剂来改善抗菌性能[27, 29, 59]。医疗纺织品中使用了一系列加工方法来提高纤维性能、卫生性和生物相容性。表1概述了这些加工方法及其功能。保护性纺织品主要依赖于添加剂或表面改性技术，这些技术可以提高外部性能，如抗菌、防水或防污性能，而不改变纤维的内部结构。相比之下，治疗性纺织品在纤维、纱线和织物层面进行了更深入的加工。这些内在的改性直接影响了柔软性、吸水性、湿度管理和生物相容性。这种区别反映了两种类别的功能要求：保护性纺织品必须作为防止外部污染的屏障，而治疗性纺织品必须与皮肤或伤口紧密互动，因此依赖于材料的固有属性。

医疗设备在竹材料成分上表现出更大的多样性，如图8b所示。用于体表的设备和用于体内的设备之间存在明显区别，这主要受到侵入性和监管要求的驱动。竹子在非侵入性、体表设备中更常用，部分原因是由于天然材料的灭菌和长期生物相容性方面的挑战[52, 56]。用于体表的设备感染或系统伤害的风险较低，因此对灭菌和安全的要求不那么严格，从而在材料选择上具有更大的灵活性[14]。用于体内的设备主要与骨科应用相关，如骨骼固定和组织再生。在这些情况下，竹子通常作为主要成分使用，常常以纤维或整体形式存在，作为结构基质或支架。竹子的内在多孔结构和类似骨骼的机械性能支持骨骼整合和再生[51-53, 56]。相比之下，用于体表的设备中，竹子作为主要或次要成分的使用更为多样。例如，完全由竹子制成的假体支柱用于提供机械支持[46]，纤维增强复合材料用于矫形器以增强强度[40]，以及用于柔性应变传感器的BF基底[38]。这些差异反映了功能要求：内部设备依赖竹子的固有结构来支持生物过程，而外部设备则利用其机械性能，如强度、弹性和低密度，以实现承载和支持作用。总体而言，竹子在保护性医疗纺织品中主要作为主要成分使用，而在体表设备和内部设备中则作为次要成分或主要成分使用。文献强调，不同的应用优先考虑不同的竹子特性。在医疗纺织品中，重点在于抗菌性能、透气性和可重复使用性[13, 15, 26, 30]。在医疗设备中，选择竹子是因为其高强度、弹性、低密度和生物相容性[41, 45-47, 52, 56]。在纺织品中，竹子主要作为次要成分使用，而保护性纺织品则更常将其作为主要成分（见图8a）。这种差异反映了应用优先级，可以通过定制的竹材料成分来实现，而不仅仅是依赖竹子的固有结构[39-41, 45-47]。对于体内应用，竹子进一步根据特定的骨科目标进行定制。Jiang等人（2017年）[48]专注于稳定性和承载固定，使用BF作为聚合物基体中的增强填料来提高机械强度。相比之下，Xue等人[52]使用脱木质的竹子作为生物模板，创建了用于组织再生的分层多孔支架[60]。尽管这两种方法都使用了磷酸钙来促进骨传导，但竹子的作用根据其预期功能而有所不同。用于体外的设备主要是医疗保健机构的产品，通常具有坚固的设计，使用整根竹子作为唯一成分或仅使用竹纤维（BF）作为次要成分[33, 34]。由于这些设备是非侵入性的，它们需要较少的加工，并且感染或系统性伤害的风险较低。这些特定应用的设计策略的机械影响在表2中进一步总结。表2. 基于竹子的材料及其报告的数值机械性能和潜在的生物医学应用的总结。

| 基于竹子的材料 | 报告的机械性能 | 主要生物医学应用 | 参考文献 |
|------------|-------------|--------------|-----------|
| 磷酸钙矿化的竹支架（CaP-Bamboo） | 抗压强度：104.3 ± 10.2 至 118.6 ± 11.7 MPa；弯曲强度：234.4 ± 23.4 至 246.2 ± 18.7 MPa；抗压模量：3.1 ± 0.3 GPa；弯曲模量：8.7 ± 0.5 GPa | 骨支架 | [52] |
| 去木质化的竹子（D-Bamboo） | 抗压强度：178.5 ± 7.7 MPa；弯曲模量：4.6 ± 1.2 GPa；抗压模量：2.5 ± 0.4 GPa | 骨支架 | [52] |
| BF/nHA/PLGA复合材料 | 弯曲强度：约131–148 MPa | 骨支架/可降解固定材料 | [48] |
| nHA/BF复合支架 | 抗压强度：1.11–42.74 MPa；拉伸强度：13.96–36.32 MPa | 非承重骨支架/骨传导填充物 | [51] |
| 3D打印的竹纤维/PE复合材料 | 拉伸强度：6.3–15.6 MPa；弹性模量：31.0–116.5 MPa | 矫形/辅助生物医学部件 | [10] |
| 铜溅射的竹纤维束 | 拉伸强度：375.6–858 MPa；抗压应力：约24–45 kPa；表观模量：约5–45 kPa | 导电生物医学纺织品/可穿戴传感器基底 | [2] |
| PDMS@ZIF-67@BNF竹无纺布 | 拉伸强度：12.51 MPa | 医疗纺织品/伤口接触材料 | [30] |

表2中总结的机械数据为将基于竹子的材料与传统的生物医学材料在相关应用中进行比较提供了直接的基础。对于硬组织应用，磷酸钙矿化的竹支架表现出104–118 MPa的抗压强度，最高246 MPa的弯曲强度，以及3–9 GPa的弹性模量[52]，这些数值处于或接近皮质骨的抗压强度（100–230 MPa）和弹性模量（7–30 GPa）的范围内[61, 62]。相比之下，如Ti-6Al-4V和316L不锈钢等金属植入物的模量显著更高，达到100–210 GPa，导致与骨骼的刚度不匹配[61]。这一比较表明，基于竹子的矿化支架为负载分担应用提供了更符合骨骼特性的机械性能。同样，BF/nHA/PLGA复合材料的弯曲强度为131–148 MPa[48]，超过了PLA和PLGA等传统可降解聚合物[63]的强度，进一步支持了竹纤维在骨骼相关系统中的增强作用。对于非承重骨再生，nHA/BF支架的抗压强度为1.11–42.74 MPa[51]，nHA/BF膜的拉伸强度为13.96–36.32 MPa，其强度低于皮质骨。对于假体和辅助应用，3D打印的竹纤维/PE复合材料的拉伸强度为6.3–15.6 MPa；模量高达116 MPa[10]，其机械行为与低模量热塑性塑料相当，但仍然不如高性能植入物聚合物（如PEEK）[64]，这限制了它们在低负载、患者特定生物医学组件中的应用。对于软生物医学应用，基于竹子的CNF气凝胶、硅复合材料和无纺布表现出kPa到低MPa范围内的机械性能[2, 30]，与软组织和弹性生物材料一致[62]，因此适用于伤口接触材料、缓冲界面和可穿戴系统。总体而言，表2突显了基于竹子的材料在硬组织和软生物医学应用中的机械可调性。当竹子作为主要成分和次要成分时，其机械性能的差异在结合纳米羟基磷灰石（n-HA）的研究中得到了说明[48, 49, 51]。当竹子作为次要成分时，在相对较低的纤维比例下可以获得最佳机械强度[48]。相反，当竹子作为主要成分时，需要更高的比例才能达到最大强度[49, 51]。这可以通过竹子的结构作用来解释：较低的增强体积可能最大化强度，而过量的纤维含量可能导致聚集和界面粘结不良，从而降低性能。当竹子形成主体结构时，最佳组成反映了BF基质和分散的n-HA相之间的平衡。尽管竹子具有层状的纤维结构和有利的机械性能，但其复合材料中的性能在很大程度上取决于加工和结构整合[52]。当用作结构模板时，竹子可以保持其对齐的架构，并实现与皮质骨相当的性能[52]。然而，当作为增强相时，其效果常常因纤维聚集而降低，这限制了分散和结构均匀性。这在竹子/纳米羟基磷灰石系统中观察到，其中混合方法导致颗粒聚集，而沉淀技术则不会[51]。此外，增强效率还受到界面粘结、纤维特性以及预处理步骤（如去木质化、漂白和干燥）的影响[37, 65]。原料属性的变化，包括物种差异（如Dendrocalamus asper）以及竹秆年龄和水分含量，也可能导致研究结果不一致[9]。因此，竹子在机械性能方面并不总是优于传统材料[45]，特别是在纤维分散不良或表面涂层薄弱的情况下会损害结构完整性[37, 48]。其更广泛的临床应用也受到限制，部分原因是竹子对环境条件（如湿度和温度）敏感，这些条件可能导致软化、变形或内部粘结的降解[24, 51]。对于侵入性应用，通常需要大量的加工才能获得适当的机械和生物性能，特别是通过化学去木质化等处理[37, 40, 52, 53, 56]。然而，这些加工步骤耗时且成本高昂，并可能减少竹子在医疗应用中使用的环境优势。

4.2 时间分布和未来展望

如图9所示，关于竹子在医疗应用中的使用的出版物数量明显增加。自2008年以来，记录的竹子医疗应用有所增加，表明应用范围和材料组成更加多样化。第一篇关于竹子医疗应用的论文发表于1994年，2008年后兴趣激增。图9显示了按（a）医疗应用和（b）材料利用分类的文章的时间分布。虽然早期的应用主要集中在医疗纺织品上，但最近的研究转向了更复杂的技术应用，包括基于竹子的组织工程和医疗监测设备（图9a）。近年来，竹子的使用范围变得更加多样和复杂（图9b），这可能是由于先进技术的整合。一个尚未充分探索的领域是竹基复合材料在3D打印中的应用。最近的研究表明，竹增强的可打印复合材料可以表现出有利的机械性能，包括提高的拉伸强度和杨氏模量，支持它们作为可持续增材制造的原料的潜力[66]。然而，在基于挤压的打印中仍存在重要的加工限制；纤维方向难以控制，剪切引起的错位、纤维断裂和聚集可能导致各向异性性能[66, 67]、不规则的纤维质量和喷嘴堵塞。竹纤维还容易受到热和湿度的影响而降解，如果干燥和打印温度没有仔细优化，可能会削弱纤维-基质界面[68]。当前的缓解策略包括碱处理以去除木质素和半纤维素并提高润湿性，以及表面改性方法（如多巴胺辅助处理）以增强界面粘附[66, 69, 70]。还提出了工艺优化，包括控制加热和合适的喷嘴尺寸，以提高挤出稳定性和纤维浸渍[66, 71]。尽管尚未报道基于竹子的3D打印医疗设备，但增材制造在骨科和组织工程中的日益使用表明了未来开发基于竹子的生物制造医疗组件的明确潜力[51-53, 56, 72]。

4.3 局限性和建议

尽管采用了系统和广泛的搜索策略，但由于搜索词的限制和数据库覆盖范围，相关研究可能被遗漏，特别是那些没有明确使用生物医学术语或发表在主要数据库之外的基于竹子的医疗设备。因此，传统和地区特定的应用，尤其是来自发展中国家的应用，可能被低估。未来的综述应该扩大数据库选择和搜索词，以解决这一差距。此外，研究中竹子种类的不一致报告限制了可比性，因为材料性能因种类和地区而异。为了进一步发展，需要几项改进。短期内，研究人员应该标准化竹材料的制备和报告方式，包括明确识别种类、来源和处理方法，因为这些因素强烈影响性能[73]。机械性能也必须得到优化，特别是在竹纤维与其他物质结合的复合材料中，因为纤维聚集和粘结弱等问题会降低强度[37, 48]。还需要在相同的测试条件下与现有医疗材料进行更直接的比较，以证明真正的优势。中期，未来的工作应集中在长期耐久性测试和体内研究上，以更好地评估生物相容性、生理条件下的性能，并结合先进的制造技术（如3D打印）。最近的研究表明，当3D打印时，竹增强的复合材料可以实现高拉伸强度和刚性[66]。由于3D打印已经在个性化骨植入物和脊柱设备中得到探索[72]，因此更清晰的成本效益分析也将对支持工业和临床兴趣非常重要。从长远来看，进展将取决于能否扩大生产规模并建立明确的监管途径，以确保基于竹子的材料在医疗应用中的安全使用。在未来五到十年内，医疗保健可能会从更可持续和潜在成本更低的材料选项中受益，基于竹子的材料将逐渐从实验研究过渡到日常临床使用的选定应用。

5 结论

本综述概述了当前竹子在医疗应用中的使用情况。使用分类法来识别当前文献中的医疗应用和材料利用。用于治疗的纺织品主要将竹子作为次要成分，结合抗菌或机械增强成分。相比之下，防护纺织品主要将竹子作为重要成分，利用其固有的舒适性和透气性。医疗设备在材料利用上表现出更大的变异性；体内设备通常将竹子作为重要的结构元素，而体外设备则通常使用竹子作为增强材料。在所有应用中，选择竹子是因为其机械、抗菌和透气特性。多项研究表明，竹材料在医疗应用中的使用正在增加，材料使用和制造方法的复杂性也在增加，以确保抗菌性能和独特的机械特性。尽管各种研究都涉及这一主题，但这些应用尚未在当前的医疗保健中实施。竹子在制造和更复杂设备的处理方面仍有一些局限性，以及证明其优于标准材料。然而，竹子作为一种经济实惠且低成本的替代品，在标准医疗保健中具有巨大的潜力。此外，竹材料使用的最新进展为将其纳入更先进的医疗应用提供了新的可能性。

本工作得到了Marie Sklodowska-Curie Actions和代尔夫特理工大学（授予编号101126487 GROW）的支持。利益冲突

作者声明没有利益冲突。数据可用性声明

由于当前研究期间没有生成或分析任何数据集，因此不适用数据共享。