生物医用材料.

纳米细菌纤维素退热贴的制备及其表征班级：硕5077学号：3115305016姓名：陈富磊注：文章内容摘自东华大学硕士学位论文《新型纳米细菌纤维素生物医用材料的开发与利用》，作者：魏斌1、细菌纤维素概况2、3、细菌纤维素退热贴的制备4、一、细菌纤维素概况细菌纤维素(BacterialCellulose，BC)是一类由微生物产生的纯纤维素，是一种新型纳米生物材料。能够产生纤维素的细菌主要有Acetobacter（醋杆菌），Rhizobium（根瘤菌），Agrobacterium（农杆菌）等。研究最多、产量最高的细菌Acetobacterxylinum(木醋杆菌)。其中木醋杆菌是最早发现也是研究较为透彻的纤维素产生菌，它可以利用多种底物生长，是目前已知合成纤维素能力最强的微生物菌种。木醋杆菌是一种革兰氏阴性好氧菌，单个菌宽度约0．6～0．8nm，长度为1．0～4．0lam，单个、成对或链状存在，菌落大多呈圆形、灰白色、隆起、平滑，能形成皮革状菌膜，在液体培养基中呈淡青色的极薄平滑菌膜。细菌纤维素是由β-D-葡萄糖通过β-1，4-葡萄糖苷键结合成的直链，链间彼此平行，不呈螺旋构象，无分支结构，又称为β-1,4-葡聚糖，见图1-1(a)。但相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子并不在同一个平面上，而是呈稳定的椅状立体结构，见图1-1(b)。数个邻近的p-1,4-葡聚糖链由分子链内与链间的氢键稳定结合而形成不溶于水的聚合物，见图1-1(c)。4、细菌纤维素的特性(1)纤维超细。微纤维组成独特的束状纤维，其宽度大约为100nm左右，厚度3-8nm,属纳米级纤维，是目前最细的天然纤维。(2)合成速率高。每个木醋杆菌每小时至少可聚合1.5x10*8个葡萄糖分子，以平面静态浅盘培养，年产量在10t／666.7m2左右，是一个季度同面积棉产量的100倍；(3)高结晶度和高化学纯度。以100％纤维素的形式存在，不含半纤维素、木质素和其它细胞壁成分，提纯过程简单；(4)高抗张强度和弹性模量。BC经洗涤干燥后，杨氏模量可达10GPa，经热压处理后，杨氏模量可达30GPa，比有机合成纤维的强度高4倍；(5)高持水量。其内部有很多‘‘孔道”，有良好的透气、透水性能，能吸收60-700倍于其干重的水份，并具有高湿强度；(6)极佳的形状维持能力和抗撕力。BC膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙膜要强5倍(7)较高的生物适应性和良好的生物可降解性。细菌纤维素具有较高的生物适应性，并且在自然界中可以直接降解，最终降解成单糖等小分子物质，不污染环境，是一种环境友好产品：细菌纤维素由于具有独特的三维纳米纤维网状结构，高的持水性、结晶度和机械强度，良好的生物相容性和无过敏反应，作为一种新型纳米生物材料，在生物医用材料的应用中具有巨大的潜力。目前报道的退热醒脑贴主要以无纺布为基底，上面涂布一层高分子亲水凝胶，再覆盖一层隔离保护膜。其中亲水性高分子凝胶层中含有天然清凉芳香挥发性植物精油，这种精油具有清热醒脑的功效。但是经过试验发现这种退热醒脑贴的退热效果并不明显，其中的高分子凝胶层所含的自由水很少，并不能通过水分的蒸发带走皮肤的热量达到物理降温的目的，而只有由精油所带来的清凉感觉。鉴于BC具有高持水能力，使用细菌纤维素作为退热醒脑贴的基底，能够通过其中富含的自由水的蒸发带走皮肤的热量。同时纤维素不会和皮肤粘连，剥离时也不会有残留。因此用于发热辅助治疗及应急物理降温的细菌纤维素基退热醒脑贴在生物医用材料行业具有非常大的应用前景。同时简化生产工艺、降低生产成本对BC退热醒脑贴的推广应用也将起到很大推动作用。细菌纤维素(BacterialCellulose，BC)是一种由微生物合成的天然纤维素，从分子式看BC与普通植物纤维素没有什么差别，但因独特的物理、化学结构而赋予其极高的机械强度和生物相容性。成形的BC由带状超细纤维组成高度结晶体和高度单导向的纤维，复杂地缠绕在一起形成独特的三维纳米纤维网状结构。BC独特三维网状结构内部有很多“孔道”，有良好的透气、透水性能，能吸收60～700倍于其干重的水份，这些水分是以自由水的形式存在。使用BC作为退热醒脑贴的基底能够通过其中富含的自由水的蒸发带走皮肤的热量。同时纤维素不会和皮肤粘连，剥离时也不会有残留。目前报道的退热醒脑贴主要以无纺布为基底，上面涂布一层高分子亲水凝胶，再覆盖一层隔离保护膜。其中亲水性高分子凝胶层中含有天然清凉芳香挥发性植物精油，这种精油具有清热醒脑的功效。但是经过试验发现这种退热醒脑贴的退热效果并不明显，其中的高分子凝胶层所含的自由水很少，并不能通过水分的蒸发带走皮肤的热量，达到物理降温的目的，而只有由精油所带来的清凉感觉。目前，国内外尚未见到用于发热辅助治疗及应急物理降温的细菌纤维素基退热醒脑贴的研究开发报道。因此用于发热辅助治疗及应急物理降温的细菌纤维素基退热醒脑贴在生物医用材料行业具有非常大的应用前景。同时简化生产工艺、降低生产成本对BC退热醒脑贴的推广应用也将起到很大推动作用。目前报道的退热醒脑贴主要以无纺布为基底，上面涂布一层含有天然清凉芳香挥发性植物精油的高分子亲水凝胶，再覆盖一层隔离保护膜。目前，国内外尚未见到用于发热辅助治疗及应急物理降温的细菌纤维素基退热醒脑贴的研究开发报道。本课题研发出一种用于发热辅助治疗及应急物理降温的BC退热醒脑贴及其制备，该细菌纤维素基退热醒脑贴相对于市售退热贴，含水率高极高，水分散失率高，退热效果明显，生物相容性好，不粘连也不刺激皮肤，安全环保；且制备方法简便，易操作，成本低廉，对环境友好，具有良好的应用前景。制备一种用于发热辅助治疗及应急物理降温的BC退热醒脑贴，并对其性能做出评价。(2)首次开发出一种用于发热辅助治疗及应急物理降温的BC退热醒脑贴，该细菌纤维素基退热醒脑贴含水率高，水分蒸发能有效带走人体热量，生物相容性好，不粘连也不刺激皮肤，安全环保；且制备方法简便，易操作，成本低廉，对环境友好，具有良好的应用前景。3．1实验材料及试剂3．1．1菌种来源实验室自备菌种——木醋杆菌(Acetobacterxylinum)3．1．2实验试剂3．1．4基本培养基(1)木醋杆菌斜面培养基甘露醇25g／L，胰蛋白胨3g／L，酵母浸膏5g／L，琼脂20g／L，pH5．0。121℃灭菌20min。(2)木醋杆菌液体种子培养基甘露醇25g／L，胰蛋白胨3g／L，酵母浸膏5g／L，pH5．0，(3)木醋杆菌液体发酵培养基甘露醇25g／L，胰蛋白胨3g／L，酵母浸膏5g／L，pH5．0，121℃灭菌20min。121℃灭菌20min。3．2实验方法3．2．1种子复壮复壮所用培养基为液体种子培养基，配制方法见基本培养基。取液体种子培养基一瓶及活化过的菌株斜面一支，在无菌操作下，用接种环挑取两环接入100mL液体培养基中。将其摇匀后，放入摇瓶培养箱内，在30℃，转速160r／min培养12h。3．2．2细菌纤维素的制备挑取两环活化好的斜面菌种，接种于装有100mL种子培养基的250mL三角瓶中，于30℃和转速160r／min条件下培养12h，将培养好的种子培养基以6％的接种量，接种到发酵培养基中，30。C分别静态培养4、7、10天，在培养基和空气的交界面收获凝胶状细菌纤维素。3．2．3细菌纤维素膜的处理将静态培养收获的细菌纤维素膜浸泡在1％的NaOH溶液中在80。C水浴，除去其中培养基组分及菌体后，用去离子水反复冲洗至洗液pH中性，此时膜呈白色透明状，然后将制得的细菌纤维素膜切成lcmx3crn、2crux4．5cm的长条后放入无菌去离子水中待用。3．2．4细菌纤维素退热醒脑贴的制备退热醒脑药用试剂，其组分包括：1％～50％退热醒脑精油、15％～40％乙醇，其余为水；其中，退热醒脑精油选自薄荷、龙脑(冰片)、樟脑、桂皮醛、茴香醚、丁香酚、桉叶油、香柠檬油、柴胡挥发油、丁香油、土荆芥油中的一种或几种的混合物。本实验优选的退热醒脑药液的配方：薄荷1％，龙脑2％，乙醇15％，其余为去离子水。将清热醒脑药液煮沸后放入制备好的BC膜片，采用直接热浸渍的方法制备(即将药液煮沸后放入膜片浸渍)，20分钟后，冷却沥干即得退热醒脑贴。3．2．5恒温条件下测定退热贴的失重曲线将尺寸为2crux4．5cm的培养时间为4、7、10天的BC膜所制备的退热醒脑贴与市售退热贴，置于培养皿中，放入恒温培养箱中，分别在38℃、39℃恒温下(环境湿度约20％)测定不同退热贴在0～6小时的重量变化情况，水分散失率根据如下公式计算：散失率=(w。～ww)÷T，其中w。是退热贴失水后的重量，W。是退热贴的原始干重，T是时间。3．2．6恒温恒湿条件下测定退热贴的失重曲线将尺寸为2cmx4。5cm的培养时间为4、7、10天的BC膜所制备的退热醒脑贴与市售退热贴，置于培养皿中，放入恒温恒湿培养箱中，在39℃恒温，环境相对湿度控制在60％'-'70％下测定不同退热贴在O～5小时的重量变化情况，水分散失率根据如下公式计算：散失率=(Ws—ww)÷T，其中W。是退热贴失水后的重量，W。是退热贴的原始干重，T是时间。3．2．7恒温条件下测定退热贴包裹的温度计的升温曲线将尺寸为lcmx3cm的培养时问为4、7、10天得到的BC膜所制备的退热醒脑贴与市售退热贴，包裹在水银温度计的液泡上，然后放置于恒温箱内，分别在38℃、39℃恒温下(环境湿度约20％)测定不同退热贴所包裹的温度计在0～5小时的示数变化情况。3．3结果与讨论3．3．恒温条件下退热贴的失重曲线图3-1表明在38℃下，实验前2h各种退热贴的水分散失率都比较大，其中市售退热贴的水分散失率为0.31g／h，培养时间为4、7和10天所制备的BC退热贴的散失率则分别为0．41、0.37和0．61g／h，均高于市售退热贴。在6h内，市售退热贴的水分平均散失率则为0.17g／h，而培养时问为4、7和lO天所制备的BC退热贴的水分平均散失率则分别为0.18、0.35、0.46g／h，是市售退热贴的1.06、2.06和2.71倍。在38C时，BC退热醒脑贴因水分蒸发而导致重量损失比市售退热贴的大，这说明BC退热醒脑贴有更多的水分蒸发带走皮肤的热量，而起到更好的退热效果；而BC退热贴的水分散失率是随着BC膜的培养时间的增加而增加的，也就是随着BC膜的厚度的增加而增加。图3-2表明在39℃下，实验前2h各种退热贴的水分散失率都比较大，其中市售退热贴的水分散失率为0.42g／h，培养时间为4、7和10天所制备的BC退热贴的散失率则分别为0.44、0.53、0.57g／h。在6h内，市售退热贴的水分平均散失率则为0.20g／h，而培养时间为4、7和10天所制备的BC退热贴的水分平均散失率则分别为0.20、0.31、0.43g／h，是市售退热贴的1、1.55和2.15倍。在39℃时，BC退热醒脑贴因水分蒸发而导致重量损失比市售退热贴的大，这说明BC退热醒脑贴有更多的水分蒸发带走皮肤的热量，而起到更好的退热效果；而BC退热贴的水分散失率是随着BC膜的培养时间的增加而增加的，也就是随BC膜的厚度的增加而增加。3．3．2恒温恒湿条件下退热贴的失重曲线图3—3表明在温度为39℃，环境相对湿度60％～70％下，各种退热贴的水分散失率都比较小，但是BC退热贴的水分散失率仍然比市售退热贴的大。其中市售退热贴的水分散失率为0.05g/h，培养时间为4、7和10天所制备的BC退热贴的散失率则分别为0.12、0.12和0.15g/h，是市售退热贴的2.4、2.4和3倍。在39℃，环境相对湿度较高时，这几种退热贴的水分散失情况都不是很大，但是不同规格的BC退热醒脑贴的水分散失率都比市售退热贴的大，这说明在高环境湿度的条件下，BC退热醒脑贴内的自由水更容易蒸发带走皮肤的热量，而起到更好的退热效果；而BC退热贴的水分散失率是随着BC膜的培养时间的增加而增加的，也就是随着BC膜的厚度的增加而增加。3．3．3恒温条件下退热贴包裹的温度计的升温曲线图3-4表明在38C下，市售退热贴所包裹的温度计示数变化率在实验前