具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料为在细菌纤维素网络结构中掺杂具有温度响应的聚电解质。本发明专利技术具有温度响应特性，可控制材料网络孔隙大小，控制溶质分子透过率，实现药物可控释放。同时该复合材料保持了细菌纳米纤维素高强度、高生物相容性等特性，可以用于智能伤口敷料、智能药物载体、传感器、化学阀等；制备工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料及其制备方法和应用本申请为分案申请，原申请的申请号为2013105978707，专利名称为具有环境响应细菌纳米纤维素复合材料及其制备方法和应用，申请日为2013年11月22日。
本专利技术属于细菌纤维素复合材料领域，特别涉及一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
细菌纤维素(Bacterialcellulose，BC)是一种由某些细菌分泌的纤维素，其中使用最为广泛的为木葡萄糖醋酸杆菌(Gluconacetobacterxylinus，也曾称为木醋杆菌Acetobacterxylinus)。细菌纤维素微观结构是由宽度为30至100纳米，厚3至8纳米的纤维素条带交织成无规则的纳米网状结构。与植物纤维素相比，细菌纤维素具有高化学纯(不含木质素、半纤维素)、精细纳米结构、高杨氏模量、高持水性、高结晶度、良好的生物相容性等特征，被看作是一种具有广阔应用前景的生物材料。通过发酵直接获得的细菌纤维素水凝胶含水量极高，以吸收自身干重的60-700倍的重的水凝胶状态存在。但是当细菌纤维素干燥失去水分后，由于细菌纤维素中大量的羟基形成极强的分子内和分子间氢键，使得原本的三维网络结构坍塌、板结，形成致密且薄的细菌纤维素干膜。这类细菌纤维素干膜只能吸收自身干重3-15倍的水，并且无法恢复原本的水凝胶状态，也无法恢复具有大量纤维间孔隙的三维纳米网状结构。现有技术条件下研究者普遍认为，通过简单加热干燥或者蒸发或者挤压作用造成的细菌纤维素水凝胶的完全失水，难以通过简单复水恢复成原凝胶状态。细菌纤维素干膜不具备水凝胶膜的众多优秀性能，使其应用及性能受到极大限制。现有保持细菌纤维素吸水溶胀能力的方式主要是通过将材料冻结成固体下的真空冷冻干燥的方式(参考文章Effectofpost-syntheticprocessingconditionsonstructuralvariationsandapplicationsofbacterialcellulose，Cellulose,2013,20(1):253-263.)，及对细菌纤维素羟基集团进行化学修饰，以减少氢键的作用(参考专利申请200910069371.4高复水性细菌纤维素膜的制备方法)。冷冻干燥的方法，体积上保持了水凝胶态时的体积，同时较好地保留了原有孔隙结构，获得泡沫状细菌纤维素干膜，因此可以吸水，但体积溶胀率不高。同时材料的强度较低，易被折断、压陷，保存困难。另外该干燥技术耗能巨大，使用过程复杂。采用化学修饰方法，将原本大量存在的羟基基团修饰，使得氢键大量减少，使得细菌纤维素干膜的机械强度不可避免的下降，该方法改变了细菌纤维素的原有的表面化学特性，特别是原富羟基表面的亲水特性。材料表面亲水特性的降低直接降低了材料对于细胞的亲和性以及削弱材料的血液相容特性等多种优秀性能。pH响应水凝胶是一类新型智能材料，其溶胀及退溶胀行根据pH条件的变化而变化。细菌纤维素水凝胶本身并不具备pH响应下的溶胀性能。现有细菌纤维素pH响应智能水凝胶的制备是通过化学接枝的方式改变细菌纤维素表面化学基团(如通过电子束接枝聚丙烯酸参考文献Uniquestimuliresponsivecharacteristicsofelectronbeamsynthesizedbacterialcellulose/acrylicacidcomposite,JournalofAppliedPolymerScience,2010,116(5):2920–2929.)。通过这种方式获得的细菌纤维素材料的表面化学特性及富羟基性能会发生改变，另外丙烯酸、丙烯酸酰胺、丙烯氰这类用于接枝的共聚类单体具有很高生物毒性和很低的生物降解性能，不利于该类复合材料在生物医用领域中的使用。半互穿双网络(Semi-interpenetratingdoublenetworks)是在指在某聚合物网络中，穿透或掺杂缠结了另一种聚合物。这种相互缠结的结构大大提高了凝胶的强度，同时聚合物网络与掺杂的聚合物间几乎无化学键交联，使得聚合物的优良特性可以有效保留。通过化学键交联掺杂的聚合物，形成两个相互缠结但无化学交联的聚合物网络，便形成了互穿双网络(Interpenetratingdoublenetworks)。
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具有温度响应的细菌纳米纤维素复合材料及其制备方法和应用，该复合材料具有温度响应性，以温度控制材料网络孔隙大小，控制溶质分子透过率，实现药物可控释放。复合材料同时具备细菌纤维素高强度、高生物相容性等特征，可以用于伤口敷料、智能药物载体、传感器、化学阀等；制备工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。本专利技术的一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料，所述复合材料为在细菌纤维素网络结构中掺杂具有温度响应的聚电解质。所述聚电解质为聚阴离子电解质、聚阳离子电解质或两性聚电解质。所述聚阴离子电解质为聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素或聚酸类高分子；所述聚阳离子电解质为壳聚糖、阳离子淀粉、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺或聚乙烯吡啶；所述两性聚电解质为羧甲基壳聚糖、蛋白质或核酸。所述聚电解质的单体包括N-异乙丙烯基丙烯酰胺或N，N-二甲基丙烯基胺。所述细菌纤维素基材载有药物。该药物可以根据水凝胶的pH响应溶胀能力，实现特定pH条件下药物快速释放，而在其他pH条件下药物缓慢释放。或者可以根据水凝胶的温度响应能力，实现在高于低温临界溶解温度内的药物缓慢释放，而在低于低温临界溶解温度条件下的药物快速释放。本专利技术的一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料的制备方法，包括：(1)采用zeta电位测定、pH滴定或电位滴定测定聚电解质水溶液的pI值与强解离pH范围；其pI值附近即是复合材料的退溶胀响应区，聚电解质发生强电离时的pH范围即是其溶胀复水响应pH范围；(2)采用浸渍法、原位合成法或单体聚合法制备细菌纤维素/聚电解质高分子互穿或半互穿双网络高含水水凝胶；A、浸渍法制备：将通过静态或动态方法培养所获得的，经过碱煮纯化后的细菌纤维素膜，进行膜片处理，获得指定规格、厚度的细菌纤维素膜。将通过预设所确定的某种聚电解质配制为1％-8％(w/v)的水溶液，将细菌纤维素膜或者冻干膜浸渍于聚电解质高分子溶液中，在30℃至90℃下浸渍2至10天。使聚电解质掺杂于细菌纤维素网络中，获得半互穿双网络复合材料，将所获的半互穿双网络复合材料浸渍于交联剂溶液中1-72h，在交联温度、引发剂或辐射条件下，引发掺杂于细菌纤维素网络中的聚电解质交联获得互穿双网络复合材料。B、原位合成法制备：将聚电解质添加至细菌纤维素培养基中，静态或转鼓动态培养7-10天，获得聚电解质掺杂的细菌纤维素膜，将获得的细菌纤维素复合膜在0.5％至4％(w/v)的氢氧化钠溶液中50-90℃纯化2到8个小时，后用去离子水浸泡置换细菌纤维素/聚电解质半互穿复合膜至置换的去离子水pH为中性。将纯化后的细菌纤维素/聚电解质半互穿复合膜浸渍于交联剂溶液中，在交联温度、引发剂或辐射条件下，引发掺杂于细菌纤维素网络中的聚电解质交联获得互穿双网络复合材料。C、单体聚合法制备(适用于聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等聚合聚电解质复合材料的制备)：将通过静态或动态方法培本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料，其特征在于：所述复合材料为在细菌纤维素网络结构中掺杂具有温度响应的聚电解质。

【技术特征摘要】
1.一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料，其特征在于：所述复合材料为在细菌纤维素网络结构中掺杂具有温度响应的聚电解质。2.根据权利要求1所述的一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料，其特征在于：所述聚电解质为聚阴离子电解质、聚阳离子电解质或两性聚电解质。3.根据权利要求2所述的一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料，其特征在于：所述聚阴离子电解质为聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素或聚酸类高分子；所述聚阳离子电解质为壳聚糖、阳离子淀粉、聚乙烯亚胺、聚乙烯胺或聚乙烯吡啶；所述两性聚电解质为羧甲基壳聚糖、蛋白质或核酸。4.根据权利要求1所述的一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料，其特征在于：所述聚电解质的单体包括N-异乙丙烯基丙烯酰胺或N，N-二甲基丙烯基胺。5.根据权利要求1所述的一种具有温度响应细菌纳米纤维素复合材料，其特征在于：所述细菌纤维素基材载有药物。6.一种具有温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪枫，张鹏，周倩，郭香，张青松，洪特嘉，陈琳，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31