细菌纤维素的特性及其在纳米复合材料中的应用前景

摘 要:

自然界中,木醋杆菌合成纤维素的能力最强,最具有大规模生产的能力。细菌纤维素是一种新型生物合成可降解材料,具有独特的生物亲和性、高持水性、良好的机械韧性、优异的生物相容性和细胞附着性,无毒性,无刺激性,同时具有高结晶度和高聚合度、超精细的网络结构,在造纸、食品工业、医药、生物医学工程等领域具有广泛的应用前景。

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纤维素是自然界中最丰富且具有生物可降解性的天然高分子材料。目前,人类获得纤维素的途径主要通过树木、棉花等植物光合作用合成和微生物合成。为了区别于植物来源的纤维素,人们将微生物合成的纤维素称之为微生物纤维素(Microbial Cellulose)或细菌纤维素(Bacterial Cellulose,BC)。

1、细菌纤维素的发现

1886年,英国科学家Brown等发现,木醋杆菌(Acetobacter xylinum)在静止培养时,会在培养基表面形成一层白色纤维状物质,经分析确定这类物质具有纤维素的结构与性质,因其是由细菌合成而命名为细菌纤维素(Bacterial Cellulose,BC)。

2、能合成细菌纤维素的菌

自然界中只有少数细菌可以产生纤维素,其中木醋菌属中的木醋杆菌(Acetobacter xylinum)合成纤维素的能力最强,最具有大规模生产的能力。此外,能合成纤维素的菌还包括根瘤菌属(Rhizobium)、八叠球菌属(Sarcina)、假单胞菌属(Pseudomounas)、无色杆菌属(Achromobacter)、产碱菌属(Alcaligenes)、气杆菌属(Aerobacter)、固氮菌属(Azotobacter)和土壤杆菌属(Agrobacterium)。不同细菌合成的纤维素的作用和结构也有所不同。

细菌纤维素的特性及其在纳米复合材料中的应用前景

3、细菌纤维素的特性

细菌纤维素作为一种新型生物合成可降解材料,具有独特的生物亲和性、高持水性、良好的机械韧性、较好的生物相容性和细胞附着性,无毒性,无刺激性,具备一定的孔径和孔隙率。与植物纤维素相比,细菌纤维素还具有许多独特的性质:

① 具有高化学纯度和高结晶度,没有木质素、果胶和半纤维素等伴生产物;

② 具有很强的持水能力,未经干燥的细菌纤维素持水能力达1000%以上,冷冻干燥后持水能力仍达600%;

③ 具有较高的生物相容性和生物可降解性;

④ 纤维直径在0.01~0.1 μm之间,弹性模量为一般植物纤维的数倍至十倍以上,并且抗拉强度高;

⑤ 细菌纤维素生物合成时具有可调控性。

4、细菌纤维素的应用前景

由于细菌纤维素具有一些优异的特性,在造纸、食品工业、医药、生物医学工程中具有广泛的应用前景。目前已经商品化的产品主要有用作外科和齿科材料的细菌纤维素产品Biofill、Gengiflex和BASYC。对于二级和三级烧伤、溃疡等,Biofill已被成功用作人造皮肤的临时替代品,Geniflex已用于齿根膜组织的恢复;基于细菌纤维素的原位可塑性设计出的BASYC可望在显微外科中用作小尺寸人造血管。在食品工业中由于细菌纤维素具有很强的持水性、黏稠性和稳定性,可以作为增稠剂、胶体填充剂和食品原料。在造纸工业方面,充分利用细菌纤维素的纳米级超细特点,在造纸纸浆中加入细菌纤维素,增加了纸张强度、抗膨胀性能、弹性和耐用性。利用其高杨氏模量和很强的形状维持性,日本的Sony和Ajinomoto公司共同研发了用细菌纤维素制造的超级音响、麦克风和耳机的振动膜等声学器材。

    日期:2015年03月03日  分类:其 它
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