一种多功能复合生物材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种多功能复合生物材料的制备方法及应用，属于生物医用材料技术领域。其主要由细菌纤维素即BC和水溶性壳聚糖组成，其形态为膜状，其结构为排列紧密均匀的三维多孔网状结构。其制备方法为：将BC纤维打成浆，经冷冻超微粉碎后，溶于N,N‑二甲基乙酰胺复合溶剂中，密封摇匀，然后静置，加热，即得活化BC溶液；将水溶性壳聚糖粉末与活化BC溶液进行混配，加热，搅拌均匀，然后倒入模具中，并加入凝固液，制成膜状，即得多功能复合生物材料。本发明专利技术的多功能复合生物材料的结构排列紧密均匀，疏松透气，具有抗菌、抑菌、止血和促进伤口愈合的优异性能，在生物医学治疗中作为医用敷料具有极大的实用价值。

A multifunctional composite biomaterial, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种多功能复合生物材料、制备方法及其应用
本专利技术属于生物医用材料
，具体涉及一种多功能复合生物材料的制备方法及应用。
技术介绍
BC具有多孔三维网络结构，微纤维的尺寸约50-80nm，在纳米材料范围，有很大的比表面积，而且纳米纤维上含有大量的羟基，拥有许多有效的反应活性位点。因此，可以利用BC超精细的三维纳米网络结构为基体，来控制或合成具有特定形貌功能的新型纳米复合材料，也可以将一些容易分散且状态稳定的无机物或者聚合物分子引入到BC网络结构中，从而制备不同功能特性的BC基复合材料，满足不同领域的需求。BC优异的结构特性和模板性能为复合材料的制备提供了足够的空间，同时可以控制纳米材料的尺寸、形状、结构和性质，并且密集的三维网络可以使纳米材料均匀分散在其中，不会出现大量的堆积现象，从而得到具有预期形貌与尺寸的纳米复合材料。目前，国内外研究报道的BC复合材料的制备方法主要包括：生物复合、溶液浸泡和溶液共混法。生物复合法是以细菌纤维素为基质的复合材料，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。Serafica等在BC发酵培养基中添加不同的微纳米颗粒制备了BC基复合材料，将氧化铁粒子复合到BC网络中，使BC带有磁性；BC中引入了碳酸钙和滑石粉，制备的复合材料具有良好的柔软性和反应灵敏性，同时机械性能强度增加了1-2倍；在BC生物发酵液中加入纸纤维微颗粒，与BC纤维共同生长成膜，相互贯穿形成网络，机械强度和韧性都得到了提高。Saibuatong等将芦荟胶添加到BC发酵培养基中，静态培养制备一种新型纤维增强生物复合膜，研究发现在培养基中添加30wt％芦荟凝胶，复合膜的机械强度、结晶度、吸水性和水蒸气渗透率明显增强，另外孔径分布变窄，平均孔径与未改性的BC相比减小了4/5。Yan等在培养基里加入多壁碳纳米管(MWNTs)制得细菌纤维素-碳纳米管复合材料，碳纳米管被嵌入BC纤维的网络中，构建成细菌纤维素纤维-碳纳米管三维网络结构，测试结果表明该材料结晶指数、晶粒大小、纤维素Iα含量均降低。朱清梅等将分子量不同的透明质酸(HA)添加到BC培养基中，发酵制得BC/HA复合膜，经过表征发现HA是以交联的形式依附在BC的微纤丝上，这样不仅提高了复合物的产量，而且BC的热稳定性和拉伸强度也有所增强。Chen等在BC培养基中加入果胶，从而影响了BC薄膜结构、产量和生长速度，BC纤维丝变细，果胶填入BC网格中致使结构变的紧密。Esra等通过生物复合法将不同纳米颗粒复合至BC三维网络结构中，如纤维素微纤丝，剥落的石墨烯纳米片和粘土，测试结果发现这些纳米颗粒可以嵌在BC空隙和微纤维中，并且分散良好，BC复合膜的热稳定性和残渣量明显增大。Ana等在BC培养基中添加聚已酸内酯(PCL)粉末，然后通过热压法成功制得细菌纤维素/聚己酸内酯纳米复合膜，PCL粉末均匀分散在BC网格中，并且没有改变BC的网络结构，热稳定性能和机械性能明显增强，同时该材料表现出良好的生物相容性和生物降解性，在生物医学和食品包装领域有很大的应用潜力。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，但是这种技术也有一定局限性，如：一些具有生物抗菌活性的粒子如银纳米粒子、纳米氧化锌、二氧化钛等，不能直接加入到BC培养基中，因为它们对BC发酵微生物有毒性；另外，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。溶液浸泡法是将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。溶液浸泡法中使用的纳米粒子可以是聚合物、无机非金属材料、金属材料等，应用范围广，方法简单易操作。胶原是细胞外最重要的不溶于水的纤维蛋白，是构成细胞外基质的骨架，能在细胞外基质中形成半晶体的纤维，给细胞提供抗张力和弹性。Cai等通过将BC湿膜浸泡在胶原溶液中制备细菌纤维素/胶原复合材料，胶原同时分散在BC表面和网络内部，与BC之间通过氢键连接在一起，复合材料的热稳定性明显提高，杨氏模量和拉伸强度得到大大改善，通过细胞粘附实验对细菌纤维素/胶原复合材料的生物相容性进行评估，48h后形成细胞粘附和增殖，显示出良好的生物相容性，有望应用于伤口敷料和组织工程支架。Saska等首先通过甘氨酸对BC进行酯化改性，然后使用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺作为交联剂将I型胶与改性BC交联制备得到了BC-COL复合材料，通过成骨性细胞粘附增殖实验的表征发现，17天后细胞内总蛋白质含量和细胞内碱性磷酸酶活性高于纯BC，BC-COL复合材料有可能作为生物医用材料应用在骨组织工程中。Kim等将干燥的BC薄膜浸泡到聚左旋乳酸(PLLA)的氯仿溶液中，室温下使溶剂自然挥发，制备具有生物相容性的BC/PLLA纳米复合材料。由于BC中微纤维的直径大概在50-80nm，小于可见光波长，因此BC/PLLA纳米复合材料保持了PLLA的透明特性，同时由于PLLA的加入提高了材料的力学性能，拉伸强度和杨氏模量与纯PLLA相比分别提高了约2倍和1.5倍。细菌纤维素也可与一些无机材料进行复合，如银纳米粒子、纳米二氧化硅、蒙脱土、羟基磷灰石等，制备出的复合材料在抗菌、力学性能等方面均有所改善。Katepetch等先后将BC膜浸泡在硝酸锌溶液和氢氧化铵溶液中，同时通过超声处理，成功将纳米氧化锌(ZnO)引入到BC基体中，ZnO尺寸在54-63nm，与BC纤维丝直径接近，通过抗菌测试发现该材料对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌都具有极强的杀菌性，是一种用作医用抗菌敷料的潜在材料。Mazhar等将BC薄膜浸泡在蒙脱土(MMT)悬浮液中制备BC/MMT复合材料，通过研究发现MMT粒子能均匀分散在细菌纤维素表面和三维网络结构中，结晶度由纯BC的63.22％下降到49.68％，复合材料的机械性能和热稳定性明显提高，持水能力有所下降，但水释放率增加。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。但是，此法对增强材料的尺寸要求比较高，而因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，对于一些疏水材料，很难通过溶液浸泡法制备BC复合物；此外，BC原纤维结构分布并不是整齐均一的，渗透进去的材料很难在BC中完全均匀分散，而且复合物中添加材料的含量也不好确定，因此需要寻找一种新的BC复合材料制备方法来解决上述问题。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。共混复合法是一种非常好的制备BC复合材料的方法，适用各种范围的添加材料，很容易控制添加材料的含量和分布，对材料性质要求较低，但这种方法会破坏BC的原有的结构，对其性能有一定的影响。Najwa将细菌纤维素和丙烯酸通过机械方法混合均本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能复合生物材料，其特征在于，所述多功能复合生物材料主要由细菌纤维素即BC和水溶性壳聚糖融合组成，其形态为膜状，其结构为排列紧密均匀的三维多孔网状结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能复合生物材料，其特征在于，所述多功能复合生物材料主要由细菌纤维素即BC和水溶性壳聚糖融合组成，其形态为膜状，其结构为排列紧密均匀的三维多孔网状结构。


2.根据权利要求1所述一种多功能复合生物材料，其特征在于，所述BC为经过活化的BC纤维粉；所述活化的方法包括以下步骤：
s1、将BC膜依次经过脱色、处理成细小碎片、经胶体磨磨成浆、过滤出渣后冷冻，再进行冷冻超微粉碎，然后冷冻干燥，除去50％的水分，再次打浆，即得BC浆粕；
s2、将BC浆粕加入到乙二胺水溶液中，进行浸泡或搅拌1.5～2h，然后过滤，得到沉淀，先用水洗涤，过滤；再用乙醇浸泡，过滤，取出BC滤饼，破碎后，进行真空干燥，待水分减至5～10％之间时，取出固体，粉碎3～5秒，再干燥，得到活化BC纤维粉。


3.根据权利要求2所述一种多功能复合生物材料，其特征在于，所述s2中，乙二胺水溶液中的乙二胺质量百分含量为15％。


4.根据权利要求2所述一种多功能复合生物材料，其特征在于，所述s2中，用水洗涤沉淀，待滤液呈中性时，洗涤结束。


5.根据权利要求2所述一种多功能复合生物材料，其特征在于，所述s2中，乙醇的纯度为95～99％。


6.如权利要求2至权利要求5任一所述一种多...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛青，胡秀林，张维，税朝毅，吴力克，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军军医大学第一附属医院，
类型：发明
国别省市：重庆;50