一种管状细菌纳米纤维素材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种管状细菌纳米纤维素材料及其制备方法和应用，所述纤维素材料内表面纤维疏松，外表面纤维致密；方法包括：发酵液的制备，装置的组装，管状细菌纳米纤维素材料的制备；纤维素材料应用于人工血管、人工神经导管或人工输尿管中。本发明专利技术得到的管状BNC材料内表面纤维疏松，外表面纤维致密，不仅是一种与以往报道的管状BNC不同结构的材料，而且是一种极具应用潜力的生物材料；是一种制备BNC复合管的优良的基底材料；内表面的血液相容性比所报道的其他几种反应器获得的产品的血液相容性好。

Tubular bacteria nanofibers material and preparation method and application thereof

The invention relates to a tubular bacterial Nano-cellulose material and its preparation method and application. The inner surface of the cellulose material is loose and the outer surface is dense. The methods include: preparation of fermentation broth, assembly of device, preparation of tubular bacterial Nano-cellulose material; application of cellulose material in artificial blood vessel and artificial blood vessel. Nerve conduit or artificial ureter. The tubular BNC material obtained by the invention has loose inner surface fibers and dense outer surface fibers. It is not only a material with different structure from the tubular BNC reported previously, but also a biomaterial with great application potential. It is an excellent base material for preparing BNC composite pipes. The blood compatibility of the inner surface is higher than that reported. The blood compatibility of the products obtained by several reactors is good.

【技术实现步骤摘要】
一种管状细菌纳米纤维素材料及其制备方法和应用
本专利技术属于纤维素材料及其制备方法和应用领域，特别涉及一种管状细菌纳米纤维素材料及其制备方法和应用。
技术介绍
细菌纳米纤维素(bacterialnanocellulose,BNC)是一种由细菌产生的纤维素，与植物纤维素的化学组成相同，但是具有高化学纯度，高含水率，独特的三维网络结构，良好的生物相容性等性质，被广泛应用于食品工业，化妆品工业，电子工业，生物医用材料等领域。BNC的结构和性质可以通过控制培养条件进行调控，根据培育方式的不同，可以制备不同形状BNC，包括膜，块，管，微球等。通过设计特殊的装置可以制备得到管状的BNC。根据报道，目前有多种不同类型的装置用于制备管状的BNC。第一种是外玻璃管的中心固定小口径的玻璃棒，形成空腔，垂直置于培养液中，从玻璃管下端进入培养液，上端提供空气，即可在气液表面形成BNC管，此种方法效率较低，得到的BNC管长度受到限制，同时BNC管的轴向方向的BNC结构存在较大的差异，有分层结构，限制了它的应用。第二种装置是将小口径的硅胶管置于培养基中，在硅胶管内测提供氧气，BNC在硅胶管的外壁生成，最后形成BNC管。这种方法得到的BNC管长度可控，但是存在径向分层现象。第三种装置是内硅胶管和外玻璃管组成，在内硅胶管和外玻璃管的内腔中接种发酵液，静置于空气或者氧气环境中，在空腔内可形成BNC管，这种装置和方法制备的BNC管的形成类似于第二种方法，也存在分层现象。第四种装置是双硅胶管反应装置，是将两种不同口径的硅胶管同轴固定，在两个硅胶管的空腔内接种发酵液，利用硅胶管透氧不透水的特性，内硅胶管和外硅胶管均可为培养中的发酵液提供氧气，最后在空腔内形成BNC管(D-BNC)。利用这种装置培养得到的BNC管，内外管壁纤维分布均致密，没有分层现象，机械性能好。以上所有方法得到的BNC管均有一个共同的特性，就是管壁内表面的纤维致密。这种内表面致密的BNC管，虽有利于细胞的黏附和铺展，但同时血小板也较容易黏附，一定程度上促进凝血；此外，在制备复合材料时，纳米级尺度致密的内表面限制了从管腔内壁引入其它高分子，导致合成的复合材料结构不匀。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种管状细菌纳米纤维素材料及其制备方法和应用，该管状细菌纳米纤维素材料具有特殊结构，管壁的内表面疏松，外表面致密，纤维含量较高，机械性能良好，同时也是一种用于制备BNC复合管的优良基底材料。本专利技术的一种管状细菌纳米纤维素材料，所述纤维素材料内表面纤维疏松，外表面纤维致密。本专利技术的一种管状细菌纳米纤维素材料的制备方法，包括：(1)将菌种接种到液体培养基中，震荡培养，得到发酵液；(2)将内支撑物和外管同轴套于外管管腔内，内支撑物和外管之间形成中空圆柱形空腔，外管的开口处通过塞子和内支撑物密封，得到制备管状细菌纳米纤维素材料的装置，其中内支撑物包括实心的棒状支撑物或空心的不透氧不透水管状支撑物，外管的材料为透氧不透水的材料；(3)将步骤(2)中制备管状细菌纳米纤维素材料的装置灭菌，冷却，将步骤(1)中发酵液注入装置的中空圆柱形空腔中，在氧气或空气环境中静置培养；(4)静置培养后去除装置，用去离子水洗去培养液，置于0.5-2％的NaOH溶液中碱煮，取出，用超纯水洗至中性，得到管状细菌纳米纤维素材料。所述步骤(1)中菌种为细菌纳米纤维素生产菌种；震荡培养的工艺参数为：温度为20-35℃，转速为100-200rpm，时间为8-48h。所述步骤(1)中发酵液中的菌种活力旺盛，分布均匀。所述步骤(2)中实心的棒状支撑物包括玻璃棒、钢铁棒或铜棒。所述步骤(2)中透氧不透水的材料包括硅胶、聚氨酯、无纺布、涤纶、真丝、膨体聚四氟乙烯、陶瓷中的一种或几种。所述步骤(2)中塞子为大小头的圆柱形空心塞子，小头的直径小于外管内径，大头的直径大于外管内径，空心的直径与内支撑物的外径一致，能够将内支撑物和外管同轴固定，密封。所述步骤(2)中内支撑物和外管之间形成中空圆柱形空腔。环境中的氧气可以通过外管的管壁进入到装置的空腔中。所述步骤(3)中灭菌为：121℃灭菌20min。所述步骤(3)中静置培养温度为20-35℃，静置培养时间为3-10d。所述步骤(3)中静置培养过程中，在装置的空腔内逐渐有细菌纳米纤维素的产生，最后充满整个空腔，菌体主要分布在靠近外管一侧。所述步骤(4)中碱煮温度为70-100℃，碱煮时间为1-6h。所述步骤(4)中管状细菌纳米纤维素材料的内径，外径和长度，可以通过调节装置的尺寸而调节。所述步骤(4)中管状细菌纳米纤维素材料是一种制备细菌纳米纤维素复合管的优良基底材料。本专利技术的一种管状细菌纳米纤维素材料应用于人工血管、人工神经导管、人工输尿管等。本专利技术制备管状BNC所采用的装置是由内支撑物和外管组成，内支撑物为不透氧不透水的材料组成，外管为透氧不透水的材料组成。所制备得到的管状BNC内表面疏松而外表面致密，这种结构不利于血小板的黏附，具有较优良的抗凝血性能，是一种具有潜力的人工血管材料。并且疏松的内表面有利于从管腔内壁向管壁内复合其它物质，是一种制备BNC复合管的极佳基底材料。有益效果(1)本专利技术管状BNC材料内表面纤维疏松，外表面纤维致密，是一种与以往报道的管状BNC不同结构的材料，是一种极具应用潜力的生物材料。(2)本专利技术管状BNC材料，是一种制备BNC复合管的优良的基底材料。(3)本专利技术管状BNC材料，内表面的血液相容性比所报道的其他几种反应器获得的产品的血液相容性好。附图说明图1为本专利技术制备G-BNC管的装置示意图；其中1为塞子，2为外管，3为内支撑物，4为支中空圆柱形空腔。图2为实施例1中含有发酵液的BNC管的菌体分布图。图3为实施例1中G-BNC管的宏观图，A：纵向表面宏观图，B：径向横截面宏观图。图4为实施例1中G-BNC管横截面的SEM微观图，A1：横截面靠近内表面SEM微观图(5000倍)，A2：A1箭头处的放大图(20000倍)，B1：横截面靠近外表面SEM图(5000倍)，B2：B1箭头处的放大图(20000倍)。图5为实施例2中管壁不同位置的溶氧分布图，(A)：靠近内表面位置，(B)：靠近管壁中央位置，(C)：靠近外表面位置。图6为对比例1中对照产品D-BNC管的制备装置示意图；其中1为塞子，6为硅胶管，5为硅胶管，4为支中空圆柱形空腔。图7为实施例3中ATCC23770菌种制备的G-BNC管(B)和对比例1中ATCC23770菌种制备的D-BNC管(A)内表面黏附的血小板SEM图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1(1)在250mL的三角瓶中配制100mL的液体培养基(50g/L果糖，5g/L蛋白胨，3g/L酵母粉)，115℃高温高压灭菌30min后，冷却至室温，接种Gluconacetobacterxylinus(现名：Komagataeibacterxylinus)ATCC23770菌种，或者G.xylinusATCC2376本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种管状细菌纳米纤维素材料，其特征在于，所述纤维素材料内表面纤维疏松，外表面纤维致密。

【技术特征摘要】
1.一种管状细菌纳米纤维素材料，其特征在于，所述纤维素材料内表面纤维疏松，外表面纤维致密。2.一种管状细菌纳米纤维素材料的制备方法，包括：(1)将菌种接种到液体培养基中，震荡培养，得到发酵液；(2)将内支撑物(3)和外管(2)同轴套于外管(2)管腔内，内支撑物(3)和外管(2)之间形成中空圆柱形空腔(4)，外管(2)的开口处通过塞子(1)和内支撑物(3)密封，得到制备管状细菌纳米纤维素材料的装置，其中内支撑物(3)包括实心的棒状支撑物或空心的不透氧不透水管状支撑物，外管(2)的材料为透氧不透水的材料；(3)将步骤(2)中制备管状细菌纳米纤维素材料的装置灭菌，冷却，将步骤(1)中发酵液注入装置的中空圆柱形空腔(4)中，在氧气或空气环境中静置培养；(4)静置培养后去除装置，用去离子水洗去培养液，置于0.5-2％的NaOH溶液中碱煮，取出，用超纯水洗至中性，得到管状细菌纳米纤维素材料。3.按照权利要求2所述的一种管状细菌纳米纤维素材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中菌种为细菌纳米纤维素生产菌种；震荡培养的工艺参数为：温度为20-35℃，转速为100-200rpm，时间为8-48h。4.按照权利要求2所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪枫，包露涵，唐敬玉，汤曼，季昌明，陈琳，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31