细菌纤维素复合物的研究进展

细菌纤维素复合物的研究进展

井冉,刘文静,魏豪,王瑶

山东协和学院 商学院 山东济南 250107

摘要：细菌纤维素（BC）是一类由微生物合成的可降解环保型生物高分子材料。近年来，国内外研究者致力于对BC进行生物和化学改性，研制出多种复合细菌纤维素材料。本文主要简介复合细菌纤维素材料的制备方法。

关键词：复合细菌纤维素、制备、创面辅料

一、复合细菌纤维素材料的制备方法

1、1 生物复合法

生物复合法制备的复合细菌纤维素材料是指，在BC生物合成前，在培养基中掺杂其它增强分子或单元，在BC生长过程中这些增强材料生长在BC微纤维中，成为BC原纤维网状结构的一部分，从而形成细菌纤维素基复合物。

将木醋杆菌种子液接种在含有6%—10%淀粉的发酵培养基中，动态培养24—48h，再静态培养24h，得到凝胶状的淀粉/细菌纤维素复合膜。将复合膜先用水冲洗，再用流动的去离子水浸泡１周，冲洗至中性，冷冻干燥，得到淀粉/细菌纤维素复合材料，经淀粉改性，细菌纤维素的表面结构变得更加粗糙。

在BC的培养基中添加了海藻酸钠，结果表明海藻酸钠的加入能有效提高BC的产量，且改变了纤维素的网状结构，降低了其结晶度和晶粒尺寸。

在BC的发酵培养基中添加纯棉纱布，成功制备出BC纯棉纱布复合材料，研究发现，BC纯棉纱布复合材料的吸水性比纯棉纱布增加37%，干燥时间比纯棉纱布延长33%，垂直芯吸高度比纯棉纱布增30%。纯棉纱布与BC复合之后可显著提高纯棉纱布的相关性能，这种复合材料在医用敷料方面展示了很大的应用潜力。

在BC的发酵培养基中添加石墨烯分散液，培养出石墨烯掺杂细菌纤维素复合材料。采用场发射扫描电子显微镜分析了GR/BC的表面形貌和GR的分布情况，采用电导率测试仪研究了GR含量对GR/BC电导率的影响。结果表明：GR能通过生物复合技术均匀地分散到BC中，当石墨烯分散液浓度为10wt%，培养时间为5d时GR/BC复合膜产率为2.4g/L,其电导率最高可达50s/m。

1、2 溶液浸泡法

生物复合法是制备BC复合材料最常用的方法，而且绿色环保。如果添加粒子在BC培养基中，容易发生絮凝沉降，使用动态搅拌发酵培养很难形成BC薄膜。

将BC浸泡在含有纳米粒子的溶液中，通过物理吸附和氢键等使增强粒子与BC结合。由于BC内部结构中存在大量的空隙，溶液和小颗粒很容易穿梭其中，同时BC含有大量的羟基，容易与纳米颗粒形成氢键，从而加固了它们之间的结合。

BC/PVA/PAM有望应用于伤口敷料方面。将细菌纤维素浸渍在不同浓度的聚六亚甲基双胍溶液中24h制得BC/PHMB抗菌敷料。结果显示，该复合敷料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有优异的抗菌效果，具有广谱抗菌性。将细菌纤维素浸于质量分数为0.5％ 的PA溶液中，制备PA交联的BC/pol复合材料，再以PA交联的BC/pol复合材料为基料，浸于氯化钙溶液中，制备BC/多肽/HAP复合材料，利用场发射扫描电镜、Ｘ射线衍射仪和红外光谱仪对制备材料进行分析表征，采用成骨细胞评估了几种支架材料的生物相容性。结果表明,交联和仿生矿化成功地将POL和HAP引入到BC的表面和内部，细胞实验表明，均具有一定的生物相容性，且复合改性提高了支架材料的生物活性，制备的材料具有优异的性能，是具有应用前景的组织工程支架材料。

以细菌纤维素为基料，在PH1.0温度40℃，避光条件下，通过高碘酸钠对细菌纤维素进行氧化，制得双醛细菌纤维素。然后在温度50℃，PH6.0,DHBC与不同用量的明胶溶液进行作用制得双醛细菌纤维素／明胶(DB—G)3种复合材料（DB—G5，DB—G10,DB—G15）。结果表明：m（DH—BC）:m（明胶）以1:10最为合适，即DB—G10可作为一种潜在的组织工程支架材料。

1、3 共混复合法

溶液浸泡法简单易操作，对于增强材料的溶液和悬浮液均可适用，制得的复合材料基本保持了BC的优异性能能。但是，此法对增强材料的尺寸要求比较高，因BC内部网络结构中孔径大约在0.5—1.5μｍ左右，一般粒径在亚微、纳米级的粒子才能渗透进入BC超微纤维网，而对于一些疏水材料，很难通过溶液浸泡法制备BC复合物；

共混复合法是将BC溶解在溶剂中或者打浆成均浆悬浮液，然后与增强材料均匀混合，通过制膜干燥得到BC复合材料。

先将BC制成悬浮液，再将54ml超声分散3h的浓度为1mg/ml的氮掺杂还原氧化石墨烯悬液，缓慢倒入50ml浓度为2.8mg/ml的BC悬浮液中搅拌30min，形成BC/N—RGO均匀悬浮液。 随后，经由0.22μｍ 多孔硝酸纤维素膜真空抽滤，以形成BC/N—RGO复合材料。在60℃下真空干燥12ｈ并自动剥离以获得独立的膜。

结果显示：BC/N—RGO复合电极膜，重量比电容达到265F/G,面积电容1.06F/cm2，与未氮掺杂改性的还原氧化石墨烯相比，电化学性能提高了近一倍。

二、复合细菌纤维素材料

在创伤敷料方面的运用

将聚谷氨酸和CAC12按不同比例进行成盐反应制备，Ca2+含量可调、纯度满足医用材料要求的聚谷氨酸钙,然后与BC纳米纤维溶液复合，以不同辐照剂量交联，冷冻干燥获得细菌纤维素／聚谷氨酸钙止血材料。

研究已证明了BC/PGA—Ca止血材料用于创伤止血的安全性和有效性。该止血材料的创新点有：①采用生物相容性良好且品质可控的聚谷氨酸盐制备技术和绿色环保、交联度可控的辐照技术；②在兼顾材料安全性和质量可控性的基础上，实现多机制协同快速止血（凝集血液中的细胞和蛋白成分、溶胀封堵、Ca2+激活凝血、凝血药物）。

提出将湿细菌纤维素作为一种新型的伤口敷料应用于局部重度烧伤。因为湿细菌纤维素能够为快速伤口清洁，提供良好的湿润环境，因此在加快愈合方面呈现出优异的效果。与此同时，将细菌纤维素伤口敷料用于慢性创伤治疗，发现使用细菌纤维素后75%上皮化的平均时间从315d减少到81d。

通过大鼠手术伤口愈合实验对比研究了细菌纤维素敷料与传统的干性敷料和密闭性水胶体敷料，可初步认为细菌纤维素敷料能够更有效地促进大鼠手术伤口愈合，在伤口保湿、防粘连以及预防瘢痕等方面也具有明显的优势。与传统的纱布敷料相比，细菌纤维素敷料能明显提高伤口愈合率，有效预防组织粘连和伤口结痂；与密闭性水胶体敷料相比，细菌纤维素敷料在兼具良好保湿性和抑菌性的同时，能够更加有效的预防组织黏连，也具有更好的透气性，防止伤口产生异味。组织病理观察也表明细菌纤维素敷料更能促使肉芽组织适度、有序的排列和生长。

参考文献

【1】陈辰，李雪菲，李文萍等，淀粉细菌纤维素复合材料的制备及应用，纤维素科学与技术。

【2】郭必泛，洪秋林，陈乐瑞等，石墨烯/细菌纤维素复合材料的原位生物合成，杭州师范大学学报。

【3】马骉，董炎炎，陈世文等，细菌纤维素／聚乙烯醇／聚丙烯酰胺复合水凝胶的性能表征，中国组织工程研究。