CN103467778A - 细菌纤维素/卵磷脂复合材料及制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细菌纤维素/卵磷脂复合材料，利用摇动-超声振荡辅助分子扩散法，并以原花青素为交联剂对卵磷脂进行交联，使卵磷脂均匀包覆在细菌纤维素的纤维表面，卵磷脂、细菌纤维素、原花青素的质量比为1∶5～500∶4～6。本发明复合材料中卵磷脂在纤维素表面分布均匀，而且卵磷脂扩散进入到细菌纤维素的内部，从而卵磷脂在细菌纤维素膜的表面以及整体内部分布更加均匀，使得最终合成的细菌纤维素/卵磷脂复合材料的复合效率高，重复性好，材料成分整体均匀，并具有优异的力学性能，独特的仿生三维纳米网络结构以及良好的生物相容性。本发明复合材料用于骨组织工程支架材料、人工血管与神经修复与再生生物医用材料。

Description

细菌纤维素/卵磷脂复合材料及制备和应用

技术领域

本发明涉及生物医学材料的制备，特别是一种细菌纤维素/卵磷脂复合材料及制备方法。

背景技术

细菌纤维素作为一种由部分细菌分泌产生的天然高聚物，最早是由英国科学家Brown在1886年静置培养醋杆菌时发现。与植物纤维素相比，细菌纤维素具有许多独特的性质，如天然的超精细三维网络结构，优异的力学性能和超高的持水能力等等。正是由于细菌纤维素这些独特的性质，细菌纤维素已经在许多方面如食品行业，造纸行业，纺织行业得到了广泛应用。而在生物医学工程研究方面，细菌纤维素作为一种新型的生物医用材料，目前已被广泛应用于伤口敷料、人工皮肤、人工血管，人工角膜等方面。但是，由于细菌纤维素属于天然多糖类物质，是一种惰性材料，其生物活性有待提高。

卵磷脂是一种由Gobley在1850年从蛋黄中分离出主要成分为磷脂酰胆碱的极性脂类物质。从广义上讲，卵磷脂其实是一种包括卵磷脂、脑磷脂、肌醇磷脂、丝氨酸磷脂以及磷脂酸等在内的混合磷脂。由卵磷脂结构可知，卵磷脂是一种双性分子，既含有疏水性的脂肪酸链又含有亲水性的磷酸基团和胆碱式乙醇胺基团。卵磷脂不仅存在于大豆和蛋黄中，更是人体细胞膜的重要组成部分，是一种有利于细胞和组织生长的天然生物材料。鉴于卵磷脂优异的生物相容性，制备细菌纤维素/卵磷脂复合材料有望显著提高细菌纤维素的生物活性。目前，细菌纤维素复合材料的合成多采用原位复合法与静置法。例如，CN102924755A“一种石墨烯/纤维素复合材料的制备方法”报道了采用原位复合法制备石墨烯/细菌纤维素复合材料，虽然这种方法操作简单，但是存在复合效率低，重复性差的缺点。CN101947335A“细菌纤维素/明胶/羟基磷灰石复合材料及其制备方法”报道了利用静置浸泡法制备细菌纤维素/明胶/羟基磷灰石复合材料，虽然在该复合材料表面均匀分布有大量的明胶与羟基磷灰石，但是在材料内部却分布稀少，复合材料整体成分分布很不均匀。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种细菌纤维素/卵磷脂复合材料，本发明首次将细菌纤维素与进行卵磷脂复合，以原花青素为交联剂对卵磷脂进行交联，使卵磷脂包裹在细菌纤维素纤维的表面。本发明复合材料不仅具有独特的仿生三维纳米网络结构与良好的力学性能，而且由于卵磷脂的引入，使得材料具有更加优异的生物相容性。本分明复合材料中的卵磷脂在纤维素表面分布均匀，而且卵磷脂扩散进入到细菌纤维素的内部，从而卵磷脂在细菌纤维素膜的表面以及整体内部分布更加均匀，使得最终合成的细菌纤维素/卵磷脂复合材料的复合效率高，重复性好，材料成分整体均匀。本发明复合材料具有良好的生物相容性，相对于单一细菌纤维素材料的组织工程支架更加有利于细胞的粘附、生长和繁殖，在制备过程中未使用任何有毒药品，其成本低廉。

为了解决上述技术问题，本发明一种细菌纤维素/卵磷脂复合材料是以原花青素为交联剂对卵磷脂进行交联，使卵磷脂均匀包覆在细菌纤维素的纤维表面，卵磷脂、细菌纤维素、原花青素的质量比为1：5～500：4～6。

本发明细菌纤维素/卵磷脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、配制质量百分比为0.1％～5％的卵磷脂无水乙醇溶液；

步骤二、按照卵磷脂与细菌纤维素的质量比为1：5～500，将细菌纤维素浸入上述卵磷脂无水乙醇溶液中，然后放入37℃恒温培养摇床以100～200r/min的转速摇动4～8h，接着再置于功率为100～500W的超声波清洗仪中超声0.5～2h，如此重复摇动与超声振荡这一过程5～10次；

步骤三、将步骤二得到的产物放入到浓度为4～6g/L的原花青素溶液中，并控制卵磷脂、细菌纤维素、原花青素的质量比为1：5～500：4～6；然后在37℃恒温搅拌3～8h，清洗后于室温风干或经冷冻干燥处理，得到细菌纤维素/卵磷脂复合材料。

本发明细菌纤维素/卵磷脂复合材料用于骨组织工程支架材料、人工血管与神经修复与再生生物医用材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明首次将细菌纤维素与卵磷脂进行复合，并使用原花青素作为细菌纤维素和卵磷脂的交联剂，以原花青素作为交联剂对卵磷脂进行交联，将卵磷脂均匀包裹在细菌纤维素的纤维表面，制得细菌纤维素/卵磷脂复合材料，由于原花青素作为可食用的天然滋补品，安全无毒性。本发明使用的原料廉价易得，成本低。

本发明在常压下利用摇动-超声振荡辅助分子扩散法即可完成材料的制备，其工艺简单，本发明复合材料具有良好的生物相容性，相对于单一细菌纤维素材料更有利于细胞的粘附、生长与繁殖，对于组织工程支架材料的发展与应用具有重要意义。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的细菌纤维素/卵磷脂复合材料的X射线衍射谱图；

图2为本发明实施例1制备的细菌纤维素膜的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例1制备的细菌纤维素/卵磷脂复合材料的扫描电镜照片；

图4为本发明实施例2制备的细菌纤维素/卵磷脂复合材料的扫描电镜照片；

图5为本发明实施例3制备的细菌纤维素/卵磷脂复合材料的扫描电镜照片；

图6为本发明实施例4制备的细菌纤维素/卵磷脂复合材料的扫描电镜照片。

具体实施方式

以下通过实施例讲述本发明的详细过程，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本发明。

实施例1：

按照下述过程制备细菌纤维素：

首先，将12.5g葡萄糖、3.75g蛋白胨、5.00g酵母粉和5.00g磷酸氢二钠溶解于盛放有500ml的蒸馏水的烧杯中，用冰醋酸调节至pH4.5，将液体倒入锥形瓶中，在115℃高温下灭菌0.5h，作为液体培养基。

用接种环取一环木醋杆菌，接入到100ml的上述液体培养基中，用纱布扎紧瓶口，至于培养摇床中，在30℃下震荡30小时，得到木醋杆菌种子溶液。

将木醋杆菌种子溶液按照体积百分比不少于6％的接种量接种到灭菌后的液体培养基中，充分振荡使菌液均匀，30℃恒温静置培养5d，得到细菌纤维素凝胶膜。用质量百分比1％的氢氧化钠溶液清洗至乳白色，再用去离子水洗至中性，至此得到细菌纤维素，图2示出了该细菌纤维素的扫描电镜图。

按照下述步骤制备本发明细菌纤维素/卵磷脂复合材料

配制60ml质量分数为1％的卵磷脂无水乙醇溶液。

然后取20g细菌纤维素膜放入该卵磷脂无水乙醇溶液中，接着置于37℃恒温培养摇床中以200r/min的转速摇动4h，然后再放入功率为500W的超声波清洗仪中超声振荡0.5h，如此重复摇动与超声振荡这一过程5次。

将细菌纤维素膜取出，放入100ml浓度为4g/L原花青素水溶液中，37℃恒温搅拌3h，取出后用蒸馏水清洗干净，即得湿态细菌纤维素/卵磷脂复合材料，将其进行冷冻（通常在-50℃左右）干燥得到本发明产物即细菌纤维素/卵磷脂复合材料。

图1示出了本发明实施例1所得细菌纤维素/卵磷脂复合材料的X射线衍射图，图3示出该复合材料的扫描电镜图。通过图1可以得出，本发明实施例1复合材料中分别出现了细菌纤维素和卵磷脂的衍射峰，且无其他杂质峰，证明本发明制备得到的细菌纤维素/卵磷脂复合材料，其成分纯净。通过图3和图2的比较可得，本发明制备得到的复合材料是在细菌纤维素的纳米纤维上均匀包覆了一层球状卵磷脂。

实施例2：

配制60ml质量分数为2％的卵磷脂无水乙醇溶液。

然后取20g细菌纤维素膜放入该卵磷脂的无水乙醇溶液中，接着置于37℃恒温培养摇床中以100r/min的转速摇动8h，然后再放入功率为100W的超声波清洗仪中超声振荡2h，如此重复摇动与超声振荡这一过程7次。

将细菌纤维素膜取出，放入100ml浓度为5g/L的原花青素水溶液中，37℃恒温搅拌8h，得到湿态细菌纤维素/卵磷脂复合材料，最后在室温风干得到本发明细菌纤维素/卵磷脂复合材料。图4示出该复合材料的扫描电镜图。

实施例3：

实施例3所用细菌纤维素的制备过程同实施例1。

配制60ml质量分数为1.5％的卵磷脂无水乙醇溶液。

然后取20g细菌纤维素膜放入该卵磷脂的无水乙醇溶液中，接着置于37℃恒温培养摇床中以130r/min的转速摇动5h，然后再放入功率为200W的超声波清洗仪中超声振荡1h，如此重复摇动与超声振荡这一过程8次。

将细菌纤维素膜取出，放入100ml浓度为5g/L的原花青素水溶液中，37℃恒温搅拌5h，得到湿态细菌纤维素/卵磷脂复合材料，最后在室温风干得到干态细菌纤维素/卵磷脂复合材料。图5示出该复合材料的扫描电镜图。

实施例4：

实施例4所用细菌纤维素的制备过程同实施例1。

配制60ml质量分数为1.8％的卵磷脂无水乙醇溶液。

然后取20g细菌纤维素膜放入该卵磷脂的无水乙醇溶液中，接着置于37℃恒温培养摇床中以160r/min的转速摇动6h，然后再放入功率为300W的超声波清洗仪中超声振荡1.5h，如此重复摇动与超声振荡这一过程6次。

将细菌纤维素膜取出，放入100ml浓度为6g/L的原花青素水溶液中，37℃恒温搅拌7h，得到湿态细菌纤维素/卵磷脂复合材料，最后在室温风干得到干态细菌纤维素/卵磷脂复合材料。图6示出该复合材料的扫描电镜图。

通过上述4个实施例扫描电镜图，图3、图4、图5、图6分别和图2的比较，可以得出，本发明制备得到的复合材料是在细菌纤维素的纳米纤维上均匀包覆了一层球状卵磷脂。但是，根据其中卵磷脂浓度的不同，球状卵磷脂的数目逐渐增多并增大且逐渐完全包覆细菌纤维素，可满足组织工程领域不同应用的需求。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种细菌纤维素/卵磷脂复合材料，其特征在于，以原花青素为交联剂对卵磷脂进行交联，使卵磷脂均匀包覆在细菌纤维素的纤维表面，卵磷脂、细菌纤维素、原花青素的质量比为1：5～500：4～6。

2.一种如权利要求1所述细菌纤维素/卵磷脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、配制质量百分比为0.1％～5％的卵磷脂无水乙醇溶液；

步骤二、按照卵磷脂与细菌纤维素的质量比为1：5～500，将细菌纤维素浸入上述卵磷脂无水乙醇溶液中，然后放入37℃恒温培养摇床以100～200r/min的转速摇动4～8h，接着再置于功率为100～500W的超声波清洗仪中超声0.5～2h，如此重复摇动与超声振荡这一过程5～10次；

步骤三、将步骤二得到的产物放入到浓度为4～6g/L的原花青素溶液中，并控制卵磷脂、细菌纤维素、原花青素的质量比为1：5～500：4～6；然后在37℃恒温搅拌3～8h，清洗后于室温风干或经冷冻干燥处理，得到细菌纤维素/卵磷脂复合材料。

3.根据权利要求2所述细菌纤维素/卵磷脂复合材料的制备方法，其中，步骤一中，配制质量百分比为1％～2％的卵磷脂无水乙醇溶液。

4.一种细菌纤维素/卵磷脂复合材料的应用，其特征在于，权利要求1所述细菌纤维素/卵磷脂复合材料用于骨组织工程支架材料、人工血管与神经修复与再生生物医用材料。

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