一种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料及其制备方法。通过菌种扩培、静置培养以及后处理等步骤制得三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料，由三层结合紧密的细菌纤维素膜构成，包括上超吸层和下超吸层以及处于中间的储液层；所述的结合紧密是指所述上超吸层和下超吸层的纤维素微纤丝与所述储液层的纤维素微纤丝通过β-1,4-葡萄糖链中的分子内与分子间氢键结合，形成分子层，层与层之间也通过分子内与分子间氢键结合，无明显物理分层，结构连续性良好。制备的液体吸收性材料具有良好的液体吸收性、持水性、生物相容性以及力学性能，制备过程简单快速，绿色环保，培养周期短，成本低廉，应用于医药、个人护理、日用化工等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ー种液体吸收性材料及其制备方法，特别是ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料及其制备方法。
技术介绍
目前，液体吸收性材料在许多领域有着广泛的应用。如:生物医用领域的止血材料，可以控制创面渗血，保证手术视野清晰，提高手术效率；吸收伤ロ滲出液的敷料，可以延长敷料在滲出性伤口上的使用时间，降低治疗成本，有效缩短伤ロ的愈合时间；用于个人护理的液体吸收性材料，可以应用于尿布、锻炼裤、卫生巾、失禁用内衣、绷带等，提供清洁、舒适的个人卫生环境。液体吸收性材料要求材料具有良好的吸收液体的能力,通常使用亲水性较好的高分子材料。而随着社会的进步，人们生活品质的提高，对液体吸收性材料提出了更高的要求。要求液体吸收性材料具有更好的液体吸收性、生物相容性、舒适性及力学性能。细菌纤维素(Bacterial Cellulose，也称微生物纤维素)是ー种纳米纤维材料。其以细菌细胞内部作为生物合成反应器，将葡萄糖小分子在酶催化作用下经过一系列复杂的变构过程最終通过P -1, 4-糖苷键结合形成P -1, 4-葡萄糖链由细菌系细胞侧面的催化位点挤出。P -1, 4-葡萄糖链彼此之间通过分子内与分子间氢键作用，逐步、分层地形成脂多糖层、类晶团聚体、纤维素微纤并最終形成纤维素。这ー系列的细胞外(Extracellular)成形过程被称为“纤维素的自组装”。正是这个独特的微生物參与的过程赋予了细菌纤维素良好的理化性能 细菌纤维素材料具有超细三维网状结构；良好的吸湿、保湿以及透气性能；超高的持水性与湿态强度；高抗张强度与弹性模量等等。大量研究表明细菌纤维素材料具有良好的体内、体外生物相容性，加上其优异的形状可调控性与形状維持性使其在构建体内、体外组织工程支架材料具有得天独厚的优势。目前已经应用在食品、医药、纺织、造纸、化工、采油、选矿等行业。随着发酵エ艺的不断改进，细菌纤维素的产量和产能逐渐得到提高，成本逐渐降低。以细菌纤维素制备的液体吸收性材料可以广泛应用于医药、个人护理、日用化エ等各领域。
技术实现思路
本专利技术的ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料，是由三层结合紧密的细菌纤维素膜构成，所述的三层结合紧密的细菌纤维素膜包括上超吸层和下超吸层以及处于中间的储液层；所述的结合紧密是指所述超吸层的纤维素微纤丝与所述储液层的纤维素微纤丝通过￠-1, 4-葡萄糖链中的分子内与分子间氢键结合，形成分子层，层与层之间也通过分子内与分子间氢键结合，无明显物理分层；组成细菌纤维素的基本単元并非单根3 -1, 4-葡萄糖链,而是预微纤丝(premicrofibril),其由0 -1, 4-葡萄糖链组成,姆9根3 -1, 4-葡萄糖链相互平行，通过分子内与分子间氢键结合，呈左手三螺旋状，是组成微纤丝(microfibril)的基本単位,直径为1.5nm。微纤丝(microfibril)直径为3.5nm,微纤与微纤之间通过分子内与分子间氢键结合，￠-1, 4-葡萄糖链呈平行排布，形成纤维素I型结晶结构。其中所述上超吸层和下超吸层中的纤维素含量均为0.7X IO-2 1.0X 10_2g/cm3，所述储液层中的纤维素含量为0.2X 10_2 0.5X 10_2g/cm3。作为优选的技术方案:如上所述的ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料，所述的细菌纤维素膜是由菌种在静置培养条件下，消耗糖源，与细胞内合成￠-1, 4-葡萄糖链并挤出细胞体外。3 4条P -1，4-葡萄糖链通过分子内与分子间氢键作用形成脂多糖层，4 5个脂多糖层通过分子内与分子间氢键形成直径在1.5nm左右的类晶团聚体，3 5个类晶团聚体通过分子内与分子间氢键形成直径在3.5nm左右的纤维素微纤丝，多条微纤丝通过分子内与分子间氢键作用形成纤维素丝束，多条丝束通过分子内与分子间氢键作用形成纤维素丝带。菌种细胞在培养液表面无序运动，即使细胞发生分裂也不会影响纤维素丝带发生断裂。由^ -1, 4-葡萄糖链通过分子内与分子间氢键形成的纤维素微纤丝相互交织，彼此通过分子内与分子间氢键相互作用，最終在液面形成类似与无纺布结构的细菌纤维素膜。如上所述的三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料的厚度为9 16mm，其中所述上超吸层和下超吸层的厚度均为3 4mm,所述储液层的厚度为3 8mm。 本专利技术还提供了ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料的制备方法，包括以下步骤:1)发酵培养液的调配；发酵培养液组分，以质量百分数计，単位为wt%:葡萄糖、果糖、蔗糖或甘露醇2 5，蛋白胨0.05 0.5，酵母膏0.05 0.5，柠檬酸0.05 0.5，磷酸氢ニ钠0.05 0.5，磷酸ニ氢钾0.05 0.5，余量为水；发酵培养液的pH为4.0 6.0 ;将上述组分混合后经高压蒸汽灭菌后紫外辐照并冷却至室温，通纯氧，即得发酵培养液；2)菌种扩培；将所述的发酵培养液接种和扩培；扩培程度:菌种细胞数目在2X105 2X107个/ml。3)静置培养；将扩培后的菌液转移至装有发酵培养液的培养容器中，放置于恒温培养箱中，28 32 °C静置培养；通过分步调节培养液上方空气整体气压以及氧气分压来实现细菌纤维素薄膜的上、下部分致密且高液体吸收性、中间部分疏松且高持水性的三明治结构；a.细菌纤维素生长诱导期I 2天:控制与发酵培养液液面相接触的空气压カ为I个标准大气压，直至细菌将培养液中溶解的氧气消耗殆尽后浮上液面，液面出现ー层半透明的细菌纤维素薄膜；b.细菌纤维素快速生长期2 3天:控制与细菌纤维素膜上表面空气压カ为I个标准大气压，同时保持氧气体积浓度在10 1%范围内；至细菌纤维素薄膜厚度达到0.5 1.0mm ；c.细菌纤维素平稳生长期3 6天:平稳生长期依次分三个阶段:下超吸层形成阶段I 2天，加压使与细菌纤维素上表面相接触的空气压カ在1.1 1.5个标准大气压范围内，同时提高氧气浓度至50% ;直至细菌纤维素薄膜厚度增长至3 4mm ；储液层形成阶段I 3天，降低空气压カ使细菌纤维素膜上表面相接触的空气压力至I标准大气压，同时降低氧气浓度至10 15%范围内；直至细菌纤维素膜厚度增长至D 8mm ；上超吸层形成阶段I 2天，加压使与细菌纤维素上表面相接触的空气压カ在1.1 1.5个标准大气压范围内，同时提高氧气浓度至50%，直至细菌纤维素薄膜厚度增长至9 12mm时，将其取出，即得具备三明治结构的细菌纤维素薄膜；4)后处理；静置培养结束后，将上述的具备疏密结构的细菌纤维素薄膜浸泡至浓度为I 10wt%的氢氧化钠溶液中，煮沸保持2 10小时，用纯净水清洗至pH为7.0，再将处理后的细菌纤维素薄膜冷冻干燥或部分压水处理，即为三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料。如上所述的ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料的制备方法，所述的高压蒸汽灭菌后紫外辐照是指 将上述发酵培养液置于高压灭菌锅内121°C灭菌处理30分钟后取出置于紫外灯下辐照冷却至室温。如上所述的菌种是指能够生物合成纤维素的微生物，包括:木醋杆菌、产醋杆菌、醋化杆菌、巴氏醋杆菌、葡萄糖杆菌、农杆菌、根瘤菌、八叠球菌、洋葱假单胞菌、椰毒假单胞菌或空肠弯曲菌中的ー种或几种。如上所述的ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料的制备方法，所述的通纯氧是指将医用氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料，其特征是：所述的三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料是由三层结合紧密的细菌纤维素膜构成，所述的三层结合紧密的细菌纤维素膜为上超吸层和下超吸层以及处于中间的储液层；所述的结合紧密是指所述上超吸层与下超吸层的纤维素微纤丝与所述储液层的纤维素微纤丝通过β?1,4?葡萄糖链中的分子内与分子间氢键结合，形成分子层，层与层之间也通过分子内与分子间氢键结合，无明显物理分层；其中所述上超吸层和下超吸层中的纤维素含量均为0.7×10?2～1.0×10?2g/cm3，所述储液层中的纤维素含量为0.2×10?2～0.5×10?2g/cm3。

【技术特征摘要】
1.一种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料，其特征是:所述的三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料是由三层结合紧密的细菌纤维素膜构成，所述的三层结合紧密的细菌纤维素膜为上超吸层和下超吸层以及处于中间的储液层；所述的结合紧密是指所述上超吸层与下超吸层的纤维素微纤丝与所述储液层的纤维素微纤丝通过P -1, 4-葡萄糖链中的分子内与分子间氢键结合，形成分子层，层与层之间也通过分子内与分子间氢键结合，无明显物理分层； 其中所述上超吸层和下超吸层中的纤维素含量均为0.7X IO-2 1.0X 10_2g/cm3，所述储液层中的纤维素含量为0.2X 1(T2 0.5X l(T2g/cm3。2.根据权利要求1所述的ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料，其特征在于，所述的细菌纤维素膜是由菌种消耗糖源，分泌纤维素微纤丝通过分子内与分子间氢键结合形成。3.根据权利要求1所述的ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料，其特征在于，所述的菌种是指能够生物合成纤维素的微生物，包括:木醋杆菌、产醋杆菌、醋化杆菌、巴氏醋杆菌、葡萄糖杆菌、农杆菌、根瘤菌、八叠球菌、洋葱假单胞菌、椰毒假单胞菌或空肠弯曲菌中的ー种或几种。4.根据权利要求1所述的ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料，其特征在于，所述的三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料的厚度为9 16mm，其中所述上超吸层和下超吸层的厚度均为3 4mm,所述储液层的厚度为3 8mm。5.按权利要求1所述的ー种三明治结构的细菌纤维素液体吸收性材料的制备方法，其特征是包括以下步骤: 1)发酵培养液的调配； 发酵培养液组分，以质量百分数计，单位为wt%:葡萄糖、果糖、蔗糖或甘露醇2 5，蛋白胨0.05 0.5，酵母膏0.05 0.5，柠檬酸0.05 0.5，磷酸氢ニ钠0.05 0.5，磷酸ニ氢钾.0.05 0.5，余量为水； 发酵培养液的pH为4.0 6.0 ; 将上述组分混合后经高压蒸汽灭菌后紫外辐照并冷却至室温，通纯氧，即得发酵培养液； 2)菌种扩培； 将所述的发酵培养液接种和扩培；扩培程度:菌种细胞数目为2 X IO5 2 X IO7个/ml ; 3)静置培养； 将扩培后的菌液转移至装有发酵培养液的培养容器中，放置于恒温培养箱中，28 .32 °C静置培养； 通过分步调节培养液上方空气整体气压以及氧气分压来实现细菌纤维素薄膜的上、下部分致密且高液体吸收性、中间部分疏松且高持水性的三明治结构； a.细菌纤维素生长诱导期I 2天:控制与发酵培养液液面相接触的空气压カ为I个标准大气压，直至细菌将培养液中溶解的氧气消耗殆尽后浮上液面，液面出现ー层半透明的细菌纤维素薄膜； b.细菌纤维素快速生长期2 3天:控制与细菌纤维素膜上表面空气压カ为I个标准大气压，同时调节氧气体积浓度在10 15%范围内；至细菌纤维素薄膜厚度达到0.5 ·1.5mm ； c.细菌纤维素平稳生长期3 8天: 平稳生长期依次分三个阶段: 下超吸层形成阶段I 3天，加压使与细菌纤维素上表面相接触的空气压カ在1.1 1.5个标准大气压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈仕艳，张云，杨敬轩，李喆，王利群，郑羿，王华平，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：