CN110678554B - 用于生产细菌合成纤维素无纺布的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于生产细菌合成纤维素BC无纺布的方法,以及通过所述方法生产的BC无纺布和此BC无纺布的用途。本发明还涉及一种用于生产所述BC无纺布的设备。优选地,本发明的所述细菌合成纤维素BC是生物技术生产的纳米结构纤维素BNC。
Description
本发明涉及一种用于生产生物技术生产的纤维素(BC)无纺布的方法,以及通过所述方法生产的BC无纺布和此BC无纺布的用途。本发明还涉及一种用于生产所述BC无纺布的设备。优选地,本发明的所述细菌合成纤维素(BC)是生物技术生产的纳米结构纤维素(BNC)。在本说明书中,术语“生物技术生产的纤维素”和“细菌合成纤维素”可互换使用。
本发明涉及BC。BC是由不同细菌(包含驹形杆菌、土壤杆菌和八叠球菌菌株)生产的细胞外多糖。BC是可以被纳米结构化的纤维素。纳米结构BC被称为BNC(细菌合成纳米结构纤维素)。与常规纤维素相比,BC具有多个有利的性质。特别是,它具有高抗拉强度、柔韧性和保水性,对气体和液体具有明显的渗透性,并且与活组织具有很好的相容性(苏拉耶娃,I.(Sulaeva,I.)、亨尼吉斯,U.(Henniges,U.)、罗斯诺,T.(Rosenau,T.)、波塞斯特,A.(Potthast,A.),2015,细菌纤维素作为伤口治疗材料:性质和修饰(Bacterial celluloseas a material for wound treatment:Properties and modifications),综述,生物技术进展(Biotechnology Advances),33,1547-1571)。本发明的方法实现了BC无纺布的生产。根据本发明,BC无纺布特别是BC纤维无纺布。根据本发明,术语“BC无纺布”和“BC起绒布”可互换使用。
用于生产细菌纤维素的方法是本领域已知的。特别地,使用静态或不连续的生产工艺,例如静态发酵。当前生产的大多数BC都是通过椰子水在静态分批工艺中的发酵来生产的(“椰果”)。然而,通过已知的静态或不连续的生产工艺生产的BC是相对昂贵的,并且伴随着各种缺陷,特别是所生产的细菌纤维素的缺点或至少次优性质。而且,在静态制造工艺中,细菌BC的生产受到分批生产的限制。例如,文献CN 101386877 A、CN 102784071 A和US4,655,758 A公开了静态工艺中的BC的生产。在此现有技术工艺中生产的细菌纤维素具有相对高的密度并且具有低抗拉强度。由于相对低的抗拉强度,现有技术的BC物品也容易撕坏。
之前还已经描述了用于BC无纺布的半静态生产的方法。例如,WO 2010/028632 A2描述了一种用于生产平面形式的BC的方法。在培养容器中生产BC无纺布,并且去除成品BC无纺布。非成品BC无纺布保留在培养容器中,直到BC无纺布达到期望的厚度。WO 2010/028632 A2公开了20℃到32℃的培养温度和1到200l/min的空气供应。
原则上,BC无纺布的半静态生产可以是逐步的或连续的。换句话说,可以逐步或连续地从培养容器去除BC。应用现有技术方法,BC无纺布的产率比较低。WO2010/028632 A2公开了仅在培育10到16天后便获得0.5到1.6cm厚度的BC无纺布。
此外,现有技术方法的缺陷在于,所获得的BC无纺布包括大量的BC预聚物。必须在可以使用BC无纺布之前去除此预聚物。BC预聚物基本上由非常疏松的纤维网络组成,因此代表了成品BC无纺布的前体。在现有技术方法中,BC生产的效率比较低。因此,在成品BC无纺布的生产完成之前,所生产的预聚物可以远离与空气的界面更深地下降进入培养基。然而,相较于与空气的界面,培养基的较深处存在相对低水平的氧气。因此,BC的进一步生产将基本上在下降部分中停止,使得材料将不会达到成品BC无纺布状态,而是将保持为预聚物状态。由于其较差的力学性质,疏松的预聚物对大多数应用都是不利的,并且因此必须在另外的工艺步骤中去除。因此,将非常有利的是,BC无纺布生产的效率以一定方式提高,使得在材料远离与空气的界面更深地下降进入培养基之前就基本上完成从预聚物状态到成品BC无纺布状态的转化。
任选地,本说明书中使用的术语“预聚物”或“预聚物材料”是指在BC无纺布的底部上的凝胶状纤维素层,其特征在于,与表面或中间层相比,BC网络更松散。
发明内容本发明的一个目的是解决现有技术的问题,并提供一种具有增加的BC无纺布产率和提高的生产效率的方法。本发明的另一个目的是提供一种用于生产BC无纺布的方法,其中培养基的消耗特别低。
此外,本发明的一个目的是提供相应生产的BC无纺布,特别是具有优异抗拉强度的BC无纺布,特别是具有改善的比抗拉强度的BC无纺布,其中比抗拉强度表示BC无纺布的抗拉强度除以BC无纺布的厚度。本发明的另一个目的是提供具有特别均匀的网络结构(特别是密度非常均匀的网络结构)并且具有特别均匀的表面结构的BC无纺布。
而且,本发明的另一个目的是提供此BC无纺布的用途。
本发明的另一个目的是提供一种用于生产BC无纺布的设备。
所述问题通过专利权利要求书的主题解决。所述问题特别通过一种用于生产BC无纺布的方法解决,所述方法包括以下步骤:
a)通过在培养容器中培育细菌培养物来合成BC,其中所述细菌培养物包括液体培养基和BC合成细菌,
b)在所述培育期间,任选地加入新鲜或回收培养基和/或去除消耗培养基,
c)从所述培养容器去除所生产的平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布。
优选地,至少在步骤a)期间,更优选至少在步骤a)和b)期间,更优选在步骤a)到c)期间,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度低至多10K的温度。这是指在距界面的上述距离范围内(即0到2cm范围内的所有距离),需满足温度条件。通常,温度随距界面的距离的增加而降低。
现有技术方法均未公开过以下内容:至少在距BC和空气的界面某一距离内,对细菌培养物上方的空气的温度进行控制并使其与培养容器中的培养基的温度相似。
本发明人发现,有利的是,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度低至多10K的温度。特别地,可以以提高的时空产率获得BC无纺布。换句话说,与现有技术相比,可以在比较短的生产时间之后获得具有良好抗拉强度的BC无纺布。而且,在特别优选的实施例中,可以大大减少结合到BC无纺布的剩余BC预聚物的量,BC无纺布生产的效率以一定方式提高,使得在材料远离与空气的界面更深地下降进入培养基之前就基本上完成从预聚物状态到成品BC无纺布状态的转化。优选地,本发明的成品BC无纺布含有不大于20重量%,更优选不大于10重量%的松散预聚物材料。
如上所述,本发明的温度控制在静态BC生产中是有利的。然而,本发明人发现,如果将本发明的温度控制用于逐步或连续的半静态方法中,可以获得甚至更好的结果。因此,优选地,根据所述方法的步骤c),在从培养容器去除所生产的平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布期间,继续进行培养容器中的BC的合成,其中非成品BC无纺布保留在培养容器中并与去除的BC无纺布分开,其中所述方法优选地包括以下步骤:
d)通过在所述培养容器中继续培育所述细菌培养物来继续进行所述培养容器中的BC的合成,
e)在所述继续培育期间,任选地加入新鲜或回收培养基和/或去除消耗培养基,
f)从所述培养容器去除所生产的平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布,其中在去除期间,任选地继续进行BC的合成,并且其中任选地,非成品BC无纺布保留在所述培养容器中并与去除的所述BC无纺布分开,和
g)任选地重复步骤d)到f)至少一次,
优选地,至少在步骤a)和d)期间,更优选至少在步骤a)、b)、d)和e)期间,更优选在步骤a)到g)期间,在距BNC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度低至多10K的温度。
根据本发明,气体气氛的比培养基的最高温度低“至多X K”的温度表示气体气氛的温度不低于所示下限。但是,这并不是指气体气氛的温度必须低于培养基的温度。相反,气体气氛的温度和培养基的温度也可以基本上相等,或者气体气氛的温度甚至可以高于培养基的温度。在实施例中,气体气氛的温度不高于培养基的温度。
优选地,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度低至多5K、更优选至多4K、更优选至多3K、更优选至多2K、更优选至多1K、更优选至多0.5K、更优选至多0.1K的温度。在特别优选的实施例中,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少与培养容器中的培养基的温度一样高的温度。优选地,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度高至多10K、更优选至多5K、更优选至多4K、更优选至多3K、更优选至多2K、更优选至多1K、更优选至多0.5K、更优选至多0.1K的温度。优选地,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为相较于培养容器中的培养基的温度至多±10K、更优选至多±5K、更优选至多±4K、更优选至多±3K、更优选至多±2K、更优选至多±1K、更优选至多±0.5K、更优选至多±0.1K的温度。
如上所述,培养基和气体气氛之间的低温差与增加的时空产率有关。此外,培养基和气体气氛之间的低温差与具有特别高的抗拉强度的BC无纺布(特别是具有改善的比抗拉强度的BC无纺布)的生产有关,其中比抗拉强度表示BC无纺布的抗拉强度除以BC无纺布的厚度。培养基和气体气氛之间的低温差还与具有特别均匀的网络结构(特别是密度非常均匀的网络结构)并且具有特别均匀的表面结构的BC无纺布的生产有关。
此外,出于另一个原因,培养基和气体气氛之间的低温差也是有利的。特别地,在培养容器用覆盖物覆盖的实施例中,培养基和气体气氛之间的低温差导致液体在覆盖物的表面或朝向培养容器的内部的其它表面上很少或甚至基本上不冷凝。优选减少或甚至避免此冷凝,因为若非如此,液滴可能会从覆盖物的表面掉落到培养容器中,从而可能干扰BC生产并降低所生产的BC无纺布的质量。此外,在本发明的某些实施例中,覆盖培养容器的覆盖物可以是透明的,以便能够实现生产工艺的在线地目视检查和/或光学分析(优选地使用成像技术)而无需去除覆盖物。在此些实施例中,覆盖物上的冷凝物可能会干扰或阻碍对培养工艺的目视检查。根据本发明特别优选的覆盖物是盖子。盖子可以由玻璃、金属、塑料或其组合制成。
优选地,气体气氛是空气。换句话说,根据本发明优选的是,培养容器周围的空气的气体成分没有特别地改变,使得气体气氛基本上对应于地球的大气(其组成是技术人员已知的)。简而言之,干空气含有大约78体积-%氮气、21体积-%氧气和约1体积-%其它气体(特别是氩气和二氧化碳)。在替代实施例中,气体气氛的成分可以不同于空气的成分。
根据本发明,BC无纺布优选以逐步或连续的半静态工艺生产。如本文使用,“逐步或连续的半静态”工艺优选地是指这样一种方法,其中BC由培养基中的细菌培养物生产,所述培养基在BC合成期间中没有被积极地搅拌、摇晃或以其它方式移动,但是其中BC是由细菌培养物连续生产的。培养基在BC合成期间中没有被积极地搅拌、摇晃或以其它方式移动的事实既不排除在BC合成期间从细菌培养物和/或培养容器收获或去除BC,也不排除在BC合成期间加入培养基和/或培养基的组成成分。特别地,在本文使用的“逐步或连续的半静态”工艺中,在BC合成期间,BC从细菌培养物和/或培养容器收获或去除不止一次(优选定期地、逐步地和/或连续地)。特别地,在本文使用的“逐步或连续的半静态”工艺中,在BC合成期间,优选地加入培养基和/或培养基的组成成分不止一次(优选定期地、逐步地和/或连续地)。与本文使用的“逐步或连续的半静态”工艺有关的优选地不是分批生产方法。
优选地,在本发明的一个实施例中,在力学稳定的BC无纺布起绒布生成的初始阶段(培育阶段)之后,每天且每1m2培养容器底面积,从细菌培养物和/或培养容器收获或去除平均至少0.125m2 BC无纺布、更优选至少0.25m2 BC无纺布、更优选至少0.5m2 BC无纺布、更优选1m2 BC无纺布(优选定期地、逐步地和/或连续地)(收获阶段)。任选地,底面积对应于培养之前空气/培养基界面的面积,其可以等同于培养容器的合成面积。每天且每1m2培养容器底面积收获平均量X m2 BC无纺布并不一定是指每一天都要进行收获。例如,可以每两天进行收获,每天收获的BC无纺布的平均量可以通过用收获的BC无纺布的量(单位为m2每m2培养容器底面积)除以培养的天数(在本实例中,2天)来确定。
根据本发明的方法的步骤a),通过在培养容器中培育细菌培养物来合成BC,其中细菌培养物包括液体培养基和BC合成细菌。
通常,任何BC合成细菌菌株均可以应用于本发明。然而,优选地,BC合成细菌是木驹形杆菌菌株(又被称为木葡糖醋杆菌)。优选地,木驹形杆菌菌株选自由菌株ATCC11142和DSM 14666组成的群组。在优选实施例中,细菌培养物可以包括两种细菌菌株或甚至三种细菌菌株的混合物。在一个优选实施例中,细菌培养物包括木驹形杆菌菌株ATCC 11142和DSM14666的混合物。
优选地,培养基包括碳源、氮源和维生素源以及任选的缓冲系统。优选地,培养基是水溶液。优选地,培养基基本上由碳源、氮源和维生素源、任选的缓冲系统和水以及任选的一或多种盐组成。培养基的优化组成如下阐述。就BC无纺布的质量和产率而言,它提供了极好的培养结果。
术语“碳源”是指可以被细菌利用(特别是代谢)的含碳组分。术语“氮源”是指可以被细菌利用(特别是代谢)的含氮组分。术语“维生素源”是指可以被细菌利用的含维生素成分。术语“缓冲系统”是指可以用于最小化培养基的pH变化的组分。优选地,碳源选自一或多种糖及其衍生物。优选地,氮源是蛋白胨。优选地,维生素源是酵母提取物。优选地,缓冲系统是磷酸氢二钠和柠檬酸。
优选地,以培养基的体积计,培养基包括的碳源的量为至少10g/l,更优选至少15g/l。优选地,以培养基的体积计,培养基包括的碳源的量为至多50g/l,更优选至多30g/l。特别优选地,培养基包括的碳源的量为约20g/l。
优选地,以培养基的体积计,培养基包括的氮源的量为至少2g/l,更优选至少4g/l。优选地,以培养基的体积计,培养基包括的氮源的量为至多10g/l,更优选至多7g/l。特别优选地,培养基包括的氮源的量为约5g/l。
优选地,以培养基的体积计,培养基包括的维生素源的量为至少2g/l,更优选至少4g/l。优选地,以培养基的体积计,培养基包括的维生素源的量为至多10g/l,更优选至多7g/l。特别优选地,培养基包括的维生素源的量为约5g/l。
优选地,以培养基的体积计,培养基包括的缓冲系统的量为至少2g/l,更优选至少3g/l。优选地,以培养基的体积计,培养基包括的缓冲系统的量为至多10g/l,更优选至多5g/l。特别优选地,培养基包括的缓冲系统的量为3.8g/l。
特别优选地,培养基包括20g/l葡萄糖、5g/l蛋白胨、5g/l酵母提取物、2.7g/l磷酸氢二钠和1.15g/l柠檬酸。
任选地,培养基可以补充有添加剂,所述添加剂例如有机组分,例如淀粉、壳聚糖、几丁质、胶原蛋白、甲基纤维素、羧甲基纤维素、透明质酸和/或藻酸盐、羟乙基纤维素、聚乙烯醇和/或聚环氧乙烷;或无机组分,例如金属氧化物、羟基磷灰石和/或石墨烯。特别地,可以根据本发明可以使用此些添加剂,以便改变网络结构和/或材料性质和/或生产BC复合材料。在本说明书中使用的术语“BC无纺布”包括具有改变的网络结构和/或材料性质的此BC无纺布以及此些BC复合材料。
优选地,培养物体积为至少5l,更优选至少50l,还更优选至少200l,还更优选至少400l,还更优选至少1,000l。优选地,培养物体积为至多20,000l,更优选至多18,000l,更优选至多10,000l,还更优选至多5,000l。特别地,本文所述的逐步或连续的半静态工艺可以有利地允许高培养物体积。
本发明人发现,每培养容器底面积的培养基体积也是影响本发明的工艺的效率的因素。如果相应的比率非常高,则更难以保持培养条件恒定,使得存在所获得的材料不太均匀的风险。另一方面,如果每培养容器底面积的培养基非常少,则可能无法获得具有期望厚度的BC。优选地,每培养容器底面积的培养基体积的比率为1到30l/m2,更优选2到20l/m2,更优选3到10l/m2。
在优选实施例中,本发明的方法能够减少培养基的消耗。利用本发明的方法,特别是在用覆盖物覆盖培养容器的实施例中,可以大大减少甚至避免培养基的蒸发。因此,必须替换的培养基的量可以基本上限于通过去除BC从培养容器去除的培养基的量。如以下更详细描述,本发明的BC无纺布包括大量处于其天然状态的液体。因此,当从培养容器去除BC无纺布时,还从培养容器去除了BC无纺布内含有的培养基。优选通过向培养容器加入新鲜或回收培养基来替换培养基。然而,本发明的方法能够减少培养基的其它损失(例如,通过蒸发),从而大大减少了培养基的总损失。
此外,应当注意的是,出于另一个原因,蒸发的减少也是有利的。即,蒸发通常与培养基的不同组分的浓度变化有关。特别是,在蒸发的情况下,碳源、氮源、维生素源和任选的缓冲系统的浓度通常会增加,因为蒸发的主要是水。在大量蒸发的情况下,应当调整可以任选地根据本发明的方法的步骤b)和e)加入培养容器中的培养基的浓度,以补偿由蒸发引起的浓度变化。这可能需要复杂的测量和计算。然而,本发明的方法优选地大大减少了蒸发,使得能够在步骤b)和e)中加入培养基,而无需对组分的浓度进行任何调整。
优选地,培养基从培养容器的蒸发为每天每m2培养容器至多2.0L,更优选每天每m2培养容器至多1.0L,更优选每天每m2培养容器至多0.5L,更优选每天每m2培养容器至多0.2L,更优选每天每m2培养容器至多0.1L,更优选每天每m2培养容器至多0.05L,更优选每天每m2培养容器至多0.02L,更优选每天每m2培养容器至多0.01L。优选地,在层流条件下且在28℃的温度下,或在本方法中应用的条件下,测量蒸发。
培养物体积还可能取决于期望的BC合成面积,反之亦然。所获得的制品(例如,无纺布)的BC内容物的性质还可能受到培养容器和/或合成面积的影响。优选地,培养容器的合成面积为至少1cm2,更优选至少10cm2,更优选至少100cm2,更优选至少1,000cm2,更优选至少1m2,还更优选至少10m2。优选地,培养容器的合成面积为至多50,000m2,更优选至多20,000m2,更优选至多1,000m2,还更优选至多100m2,还更优选至多50m2。特别地,本文所述的半静态连续工艺可以允许有利地高的合成面积。
优选地,培养容器具有基本上矩形的形状。优选地,培养容器的长宽比为至少1.5。更优选地,培养容器的长宽比为至少2,更优选至少3,更优选至少5,更优选至少10,更优选至少15,更优选至少20,更优选至少25,更优选至少30,更优选至少50,更优选至少100。然而,相应的长宽比不应很高。优选地,培养容器的长宽比为至多10,000,更优选至多8,000,更优选至多5,000,更优选至多2,000,更优选至多1,000,更优选至多500。发明人发现此些长宽比对于本发明的方法的效率是特别有利的。
优选地,培养容器的长度为至少100cm,更优选至少200cm,更优选至少500cm,更优选至少1,000cm。优选地,培养容器的长度为至多1,000m,更优选至多200m,更优选至多100m,更优选至多50m,更优选至多20m。
优选地,培养容器的宽度为至少10cm,更优选至少20cm,更优选至少50cm,更优选至少100cm。优选地,培养容器的宽度为至多100m,更优选至多20m,更优选至多10m,更优选至多5m,更优选至多2m。
优选地,在本发明的方法的步骤a)中的培养基的温度为至少20℃,更优选至少25℃,更优选至少28℃。如果培育温度过低,细菌菌株无法正常生长。优选地,本发明的方法的步骤a)中的培养基的温度为至多40℃,更优选至多35℃,更优选至多30℃。如果培育温度过高,细菌菌株无法正常生长。优选地,通过合适的措施(例如,加热装置)来控制培养基的温度。
优选地,在整个培养容器中培养基的温度非常均匀。这对于高效获得BC无纺布是有利的。此外,所获得的BC无纺布的均匀性提高。优选地,培养容器中培养基的最高温度和最低温度之间的温度差为至多3K,更优选至多2K,更优选至多1.5,更优选至多1K,更优选至多0.5K,更优选至多0.2K,更优选至多0.1K。如果温度差过高,所得BC无纺布的均匀性将受损。
优选地,本发明的方法的步骤a)中的培育时间为至少1天,更优选至少2天,更优选至少3天。如果培育时间太短,不能生产足够的力学稳定的纤维素。优选地,培育时间为至多10天,更优选至多9天,更优选至多8天,更优选至多7天,更优选至多6天。特别优选地,本发明的方法的步骤a)中的培育时间为3到6天。培育时间可以是指在开始从培养容器去除之前允许BC生长的时间。
任选地,根据本发明的方法的步骤b),在培育期间可以加入新鲜或回收培养基和/或可以去除消耗培养基。可以通过向消耗培养基加入消耗培养基相较于原始培养基含量有所减少的组成成分来由消耗培养基获得回收培养基。
优选地,在培养容器中的培养基的液面之上或之下加入新鲜或回收培养基。特别优选地,在培养容器中的培养基的液面之下加入新鲜或回收培养基。这对于最小化细菌培养物的干扰以及最小化可能以其它方式发生的BC无纺布的结构变化是有利的。优选地,新鲜或回收培养基的加入在液面之下进行,并且距培养基的表面基本上最大垂直距离。
根据本发明的方法的步骤a),在细菌培养物的培育期间消耗了培养基的组成成分。换句话说,在培育期间形成了消耗培养基。因此,有利的是,在细菌培养物的培育期间加入新鲜培养基或至少其组成成分,以将培养基的相关组成成分的含量保持为基本上恒定的水平。特别有利的是,碳源、氮源、维生素源和/或任选的缓冲系统的组分的水平保持为基本上恒定。术语“基本上恒定”表示优选将浓度保持在足以适当培养BC合成细菌的范围内。优选地,术语“基本上恒定”表示优选将浓度保持在本发明的方法的步骤a)中开始培育时的初始浓度的20%到150%,更优选30%到100%,更优选35%到80%,更优选40%到60%的范围内。
优选地,根据本发明的方法的步骤b)任选地加入的新鲜培养基具有与如上所述的本发明的方法的步骤a)中开始培育时的培养基相似的组成。更优选地,新鲜培养基具有与本发明的方法的步骤a)中开始培育时的培养基基本上相同的组成。
优选地,根据步骤b)加入的新鲜或回收培养基的温度与培养容器中预先存在的培养基的温度相差至多±25K,更优选至多±10K,更优选至多±8K,更优选至多±5K,更优选至多±2K,更优选至多±1K。以与预先存在的培养基大不相同的温度加入新鲜或回收培养基将会损害BC无纺布的均匀性和质量。
此外,在细菌培养物的培育期间,BC合成细菌可能会产生代谢物,其可能会干扰培养条件。因此,有利的是,在培育期间去除消耗培养基。
特别优选地,在培育期间加入新鲜培养基并去除消耗培养基。从而,可以实现加入新鲜培养基并去除消耗培养基的上述优点,并且可以将培养物体积保持为基本上恒定的水平。
根据本发明的方法的步骤c),从培养容器去除所生产的平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布。至少0.5mm的平均厚度表示BC无纺布的生产已完成。去除的BC无纺布的厚度不应太高。特别地,低厚度对于BC的多种用途是有利的。优选地,去除的BC的平均厚度为至多30mm,更优选至多20mm,更优选至多10mm,更优选至多5mm,更优选至多4mm,更优选至多3mm。本发明人发现,本发明的方法令人惊讶地使得能够获得具有特别低的厚度的机械稳定的BC无纺布。特别优选地,去除的无纺布的平均厚度为0.5到4mm。
发明人发现,通过本发明的方法,可以以提高的时空产率获得BC无纺布。换句话说,可以在相较于现有技术相对较短的生产时间之后获得具有良好抗拉强度的BC无纺布。此外,本发明的BC无纺布具有改善的比抗拉强度,如通过BC无纺布的抗拉强度与平均厚度的比率确定。换句话说,即使BC无纺布的厚度相对较低,本发明的BC无纺布也具有高抗拉强度。这对于许多应用是有利的,特别是BC无纺布应用于皮肤,例如用作伤口敷料或化妆棉,特别是用作眼贴、额头膜、眼膜、面膜等。此些物品应当相对较薄,以便仅借助于物品和皮肤之间的粘合力就能够将物品固定到皮肤上。较厚的物品可能需要另外的固定构件,因为它们较重,使得物品和皮肤之间的粘合力可能太小而无法补偿重力。
在去除所生产的BC无纺布期间,继续进行培养容器中的BC的合成,并且非成品BC无纺布保留在培养容器中并与去除的BC无纺布分开。术语“非成品BC无纺布”表示尚未达到期望的平均厚度。
优选地,通过在基本上平行于BC和气体气氛的界面的方向将BC无纺布从培养容器拉出和/或推出,在步骤c)中将所生产的BC无纺布从培养容器去除。本去除方式对于最小化细菌培养物的干扰以及最小化可能以其它方式发生的BC无纺布的结构变化是有利的。特别地,通过本去除方式,可以最小化或甚至避免BC网络的结构变化。
优选地,步骤c)中的所生产的BC无纺布的去除在培育至少1天,更优选至少2天,更优选至少3天后(培育时间)进行。如果培育时间太短,无法生产足够的力学稳定的纤维素。优选地,步骤c)中的所生产的BC无纺布的去除在培育至多10天,更优选至多9天,更优选至多8天,更优选至多7天,更优选至多6天后进行。优选地,步骤c)中的BC无纺布的去除在培育3到6天后进行。
优选地,通过切割实现保留在培养容器中的非成品BC无纺布和从培养容器去除的所生产的BC无纺布的分开。优选地,通过流体射流切割(特别是通过水射流切割)实现保留在培养容器中的非成品BC无纺布和从培养容器去除的所生产的BC无纺布的分开。流体射流切割对于获得具有特别光滑的表面的切割边缘是有利的。流体射流优选地具有至少1,000巴且至多4,000巴的压力。流体射流的直径优选为100μm到300μm,更优选125μm到200μm,最优选约150μm。本发明人发现,有利的切割速度也可以进一步改善结果。优选地,切割速度为至少0.05cm/秒,更优选至少0.1cm/秒,更优选至少0.2cm/秒,更优选至少0.5cm/秒,更优选至少1.0cm/秒。优选地,切割速度为至多30cm/秒,更优选至多20cm/秒,更优选至多10cm/秒。特别优选地,切割速度为0.05cm/秒到30cm/秒,更优选1cm/秒到10cm/秒。与现有技术中通常提供的切割方法(例如,利用激光等的热切割或机械切割)相比,这种利用流体射流的切割是有利的。现有技术的此些方法通常损害BNC材料的结构。然而,根据本发明的切割在不破坏周围的BNC的情况下提供了高质量的切割边缘。图1示出了扫描电子显微镜图像,其将通过流体射流切割获得的切割边缘与通过利用切割刀(scalpel)切割获得的切割边缘进行了比较。可以看出,通过流体射流切割获得的切割边缘的表面特别光滑,特别是比通过利用切割刀切割获得的切割边缘的表面更光滑。
本发明还涉及流体射流切割在切割BC中的用途。
除了步骤a)到c)之外,本发明的方法优选包括其它步骤,特别是如上所述的步骤d)到g)。
根据本发明的方法的步骤d),通过在培养容器中继续培育细菌培养物来在培养容器中继续进行BC的合成。
优选地,在本发明的方法的步骤d)中的培养基的温度为至少20℃,更优选至少25℃,更优选至少28℃。如果培育温度过低,细菌菌株无法正常生长。优选地,本发明的方法的步骤d)中的培养基的温度为至多40℃,更优选至多35℃,更优选至多30℃。如果培育温度过高,细菌菌株无法正常生长。优选地,通过合适的措施(例如,加热装置)来控制培养基的温度。特别优选地,通过包括加热装置和至少一个温度传感器的温度控制系统来控制培养基的温度。
优选地,本发明的方法的步骤d)中的培育时间是在步骤f)开始之前的至少12小时,更优选至少24小时,更优选至少36小时,更优选至少48小时。如果培育时间太短,无法生产足够的纤维素。优选地,步骤d)中的培育时间是在步骤f)开始之前的至多100小时,更优选至多90小时,更优选至多80小时,更优选至多70小时,更优选至多60小时。如果培育时间很长,所生产的BC无纺布的厚度将非常大,这对于多种应用是不利的,特别是BC无纺布应用于皮肤,例如用作伤口敷料或化妆棉。此外,较长的培育时间使所述方法变得低效。
任选地,根据本发明的方法的步骤e),在连续培育期间可以加入新鲜或回收培养基和/或可以去除消耗培养基。可以通过向消耗培养基加入消耗培养基相较于原始培养基含量有所减少的组成成分来由消耗培养基获得回收培养基。
优选地,在培养容器中的培养基的液面之上或之下加入新鲜或回收培养基。特别优选地,在培养容器中的培养基的液面之下加入新鲜或回收培养基。这对于最小化细菌培养物的干扰以及最小化可能以其它方式发生的BC无纺布的结构变化是有利的。
根据本发明的方法的步骤d),在细菌培养物的培育期间消耗了培养基的组成成分。因此,有利的是,在细菌培养物的培育期间加入新鲜培养基或至少其组成成分,以将培养基的相关组成成分的含量保持为基本上恒定的水平。特别有利的是,碳源、氮源、维生素源和/或任选的缓冲系统的组分的水平保持为基本上恒定。术语“基本上恒定”表示优选将浓度保持在足以适当继续培养BC合成细菌的范围内。优选地,术语“基本上恒定”表示优选将浓度保持在本发明的方法的步骤a)中开始培育时的初始浓度的20%到150%,更优选30%到100%,更优选35%到80%,更优选40%到60%的范围内。
优选地,根据本发明的方法的步骤e)任选地加入的新鲜培养基具有与如上所述的本发明的方法的步骤d)中开始培育时的培养基相似的组成。更优选地,新鲜培养基具有与本发明的方法的步骤d)中开始培育时的培养基基本上相同的组成。
优选地,根据步骤e)加入的新鲜或回收培养基的温度与培养容器中预先存在的培养基的温度相差至多±25K,更优选至多±10K,更优选至多±8K,更优选至多±5K,更优选至多±2K,更优选至多±1K。以与预先存在的培养基大不相同的温度加入新鲜或回收培养基将会损害BC无纺布的均匀性和质量。
此外,在细菌培养物的培育期间,BC合成细菌可能会产生代谢物,其可能会干扰培养条件。因此,有利的是,在继续培育期间去除消耗培养基。
特别优选地,在培育期间加入新鲜培养基并去除消耗培养基。从而,可以实现加入新鲜培养基并去除消耗培养基的上述优点,并且可以将培养物体积保持为基本上恒定的水平。
根据本发明的方法的步骤f),从培养容器去除所生产的平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布。至少0.5mm的平均厚度表示BC无纺布的生产已完成。去除的BC无纺布的厚度不应太高。特别地,低厚度对于BC的多种用途是有利的。优选地,去除的BC的平均厚度为至多30mm,更优选至多20mm,更优选至多10mm,更优选至多5mm,更优选至多4mm。本发明人发现,本发明的方法令人惊讶地使得能够获得具有特别低的厚度的力学稳定的BC无纺布。特别优选地,去除的无纺布的平均厚度为0.5到4mm。
发明人发现,通过本发明的方法,可以以提高的时空产率获得BC无纺布。换句话说,可以在相较于现有技术比较短的生产时间之后获得具有良好抗拉强度的BC无纺布。此外,本发明的BC无纺布具有改善的比抗拉强度(由BC无纺布的抗拉强度与平均厚度之比确定)。
优选地,在去除所生产的BC无纺布期间,继续进行培养容器中的BC的合成,并且非成品BC无纺布保留在培养容器中并与去除的BC无纺布分开。
优选地,通过沿基本上平行于BC和气体气氛的界面的方向将BC无纺布从培养容器拉出和/或推出,在步骤f)中将所生产的BC无纺布从培养容器去除。本去除方式对于最小化细菌培养物的干扰以及最小化可能以其它方式发生的BC无纺布的结构变化是有利的。特别地,通过本去除方式,可以最小化或甚至避免BC网络的结构变化。
优选地,步骤f)中的所生产的BC无纺布的去除在根据本发明的方法的步骤d)的继续培育至少12小时,更优选至少24小时,更优选至少36小时,更优选至少48小时后进行。如果培育时间太短,无法生产足够的纤维素。优选地,步骤f)中的所生产的BC无纺布的去除在继续培育至多100小时,更优选至多90小时,更优选至多80小时,更优选至多70小时,更优选至多60小时后进行。
优选地,通过切割实现保留在培养容器中的非成品BC无纺布和从培养容器去除的所生产的BC无纺布的分开。优选地,通过流体射流切割实现保留在培养容器中的非成品BC无纺布和从培养容器去除的所生产的BC无纺布的分开。流体射流切割对于获得具有特别光滑的表面的切割边缘是有利的。图1示出了扫描电子显微镜图像,其将通过流体射流切割获得的切割边缘与通过利用切割刀切割获得的切割边缘进行了比较。可以看出,通过流体射流切割获得的切割边缘的表面特别光滑,特别是比通过利用切割刀切割获得的切割边缘的表面更光滑。
优选地,重复本发明的方法的步骤d)到f)至少一次。更优选地,重复步骤d)到f)至少两次,更优选至少三次,更优选至少四次,更优选至少五次,更优选至少十次,更优选至少二十五次。然而,不应非常频繁地重复步骤d)到f)。优选地,重复步骤d)到f)至多一百次,更优选至多五十次。如果非常频繁地重复步骤d)到f),细菌的代谢物的浓度可能会增加到一定程度(特别是由于没有进行去除或由于去除不完全),使得在培养容器中进行的过程(特别是BC的合成)可能会受损。
优选地,从根据步骤a)的BC无纺布的合成开始到根据步骤g)的最后一次重复的完成的时间跨度为1到12个月,更优选2到6个月,更优选3到5个月。
根据本发明的方法,优选至少在步骤a)和d)期间,更优选至少在步骤a)、b)、d)和e)期间,更优选在步骤a)到g)期间,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度低至多10K的温度。本发明人发现,将气体气氛的温度控制在所示范围内有助于提高BC无纺布生产的效率。特别地,可以大大减少获得平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布所需的培育时间。
根据本发明,可以通过各种不同的措施来实现对气体气氛的温度的控制。在优选实施例中,培养容器用覆盖物覆盖。可替代地或另外地,选择性地加热培养容器上方的气体气氛。还可以将培养容器所处的整个房间的气体气氛保持为期望的温度。此外,温度控制可以同时应用于多个培养容器,特别是至少两个,更优选至少三个培养容器。例如,可以将多个培养容器放置在单个房间中,并且可以控制整个房间的气体气氛。也可以在不控制整个房间的气氛的情况下控制一个以上培养容器的气体气氛,例如通过用共同的覆盖物或不同的覆盖物覆盖多个培养容器。此外,根据本发明,可以组合不同的措施。例如,在特别优选的实施例中,加热培养容器上方的气体气氛,并且另外用覆盖物覆盖培养容器。
优选地,至少在步骤a)和d)期间,更优选至少在步骤a)、b)、d)和e)期间,更优选在步骤a)到g)期间,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度低至多8K、更优选至多5K、更优选至多4K、更优选至多3K、更优选至多2K、更优选至多1K、更优选至多0.5K、更优选至多0.1K的温度。将温度控制在所示范围内对于BC无纺布生产的效率是有利的。在特别优选的实施例中,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少与培养容器中的培养基的温度一样高的温度。优选地,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度高至多10K、更优选至多5K、更优选至多4K、更优选至多3K、更优选至多2K、更优选至多1K、更优选至多0.5K、更优选至多0.1K的温度。优选地,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为相较于培养容器中的培养基的温度至多±10K、更优选至多±5K、更优选至多±4K、更优选至多±3K、更优选至多±2K、更优选至多±1K、更优选至多±0.5K、更优选至多±0.1K的温度。
优选地,至少在步骤a)和d)期间,更优选至少在步骤a)、b)、d)和e)期间,更优选在步骤a)到g)期间,在距BC和气体气氛的界面0到5cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度低至多10K、更优选至多8K、更优选至多5K、更优选至多4K、更优选至多3K、更优选至多2K、更优选至多1K、更优选至多0.5K、更优选至多0.1K的温度。将温度控制在所示范围内对于BC无纺布生产的效率是有利的。在特别优选的实施例中,在距BC和气体气氛的界面0到5cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少与培养容器中的培养基的温度一样高的温度。优选地,在距BC和气体气氛的界面0到5cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度高至多10K、更优选至多5K、更优选至多4K、更优选至多3K、更优选至多2K、更优选至多1K、更优选至多0.5K、更优选至多0.1K的温度。优选地,在距BC和气体气氛的界面0到5cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为相较于培养容器中的培养基的温度至多±10K、更优选至多±5K、更优选至多±4K、更优选至多±3K、更优选至多±2K、更优选至多±1K、更优选至多±0.5K、更优选至多±0.1K的温度。
优选地,至少在步骤a)和d)期间,更优选至少在步骤a)、b)、d)和e)期间,更优选在步骤a)到g)期间,在距BC和气体气氛的界面0到10cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度低至多10K、更优选至多8K、更优选至多5K、更优选至多4K、更优选至多3K、更优选至多2K、更优选至多1K、更优选至多0.5K、更优选至多0.1K的温度。将温度控制在所示范围内对于BC无纺布生产的效率是有利的。在特别优选的实施例中,在距BC和气体气氛的界面0到10cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少与培养容器中的培养基的温度一样高的温度。优选地,在距BC和气体气氛的界面0到10cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为比培养容器中的培养基的最高温度高至多10K、更优选至多5K、更优选至多4K、更优选至多3K、更优选至多2K、更优选至多1K、更优选至多0.5K、更优选至多0.1K的温度。优选地,在距BC和气体气氛的界面0到10cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为相较于培养容器中的培养基的温度至多±10K、更优选至多±5K、更优选至多±4K、更优选至多±3K、更优选至多±2K、更优选至多±1K、更优选至多±0.5K、更优选至多±0.1K的温度。
在培养容器用透明覆盖物覆盖以便能够实现生产工艺的目视检查的实施例中,特别优选略高于培养基的温度的气体气氛的温度,因为此温度方案阻止或至少大大减少了液体在覆盖物的朝向培养容器的内部的表面上的冷凝。在覆盖物不是透明的实施例中,同样有利的是,气体气氛的温度略高于培养基的温度,因为冷凝不仅会损害目视检查,而且还会导致冷凝滴的形成,所述冷凝滴可能掉落到培养容器中,从而干扰BC无纺布生产。此外,在培养容器不用覆盖物覆盖的实施例中,略高于培养基的温度的气体气氛的温度也是有利的,因为这可以支持将培养基的温度保持为基本上恒定。
优选地,至少在步骤a)期间并且在任选的步骤d)期间,更优选至少在步骤a)、b)期间并且在任选的步骤d)和e)期间,更优选在步骤a)到c)期间并且在任选的步骤d)到g)期间,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少70%的相对湿度。这是指在距界面的上述距离范围内(即0到2cm范围内的所有距离),需满足湿度条件。通常,湿度随距界面的距离的增加而降低。本发明人发现,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少70%的相对湿度,可以有助于改善所生产的BC无纺布的表面质量和性质均匀性。特别地,高相对湿度可以有助于防止或至少大大减少在BC无纺布的表面处的脱水和萎缩。萎缩是不利的,因为它可能与BC无纺布的皱缩、孔隙率降低和力学性质受损有关。特别地,BC无纺布的透水性和/或透气性可能会因萎缩而受损。此外,BC无纺布的表面粗糙度可能会因萎缩而大大增加。
根据本发明,可以通过各种不同的措施来实现对气体气氛的湿度的控制。在优选实施例中,培养容器用覆盖物覆盖。在替代实施例中,选择性地加热和/或加湿培养容器上方的气体气氛。加湿优选地利用加湿器进行并且可以涉及汽化和/或喷雾装置。还可以将培养容器所处的整个房间的气体气氛保持为期望的高相对湿度。然而,在某些实施例中,特别是在要求在受控污染水平下(例如,在洁净室中)生产BC无纺布的实施例中,这可能是不利的。因此,在此些实施例中,优选的是,不将培养容器所处的整个房间的气体气氛保持为期望的高相对湿度,而是通过用覆盖物覆盖培养容器来支持将细菌培养物上方的气体气氛保持为高相对湿度。也可以在不控制整个房间的气氛的情况下控制一个以上培养容器的气体气氛的湿度。这可以例如通过用共同的覆盖物或不同的覆盖物覆盖多个培养容器来实现。此外,根据本发明,可以组合不同的措施。例如,在特别优选的实施例中,加热和/或加湿培养容器上方的气体气氛,并且另外用覆盖物覆盖培养容器。
优选地,至少在步骤a)期间并且在任选的步骤d)期间,更优选至少在步骤a)、b)期间并且在任选的步骤d)和e)期间,更优选在步骤a)到c)期间并且在任选的步骤d)到g)期间,在距BC和气体气氛的界面0到2cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少80%、更优选至少85%、更优选至少90%、更优选至少92%、更优选至少95%、更优选至少98%、更优选至少99%的相对湿度。将相对湿度控制在所示范围内可以有助于改善所生产的BC无纺布的表面质量。特别地,高相对湿度可以有助于防止或至少大大减少BC无纺布的表面的干燥和萎缩。
优选地,至少在步骤a)期间并且在任选的步骤d)期间,更优选至少在步骤a)、b)期间并且在任选的步骤d)和e)期间,更优选在步骤a)到c)期间并且在任选的步骤d)到g)期间,在距BC和气体气氛的界面0到5cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少70%、更优选至少80%、更优选至少85%、更优选至少90%、更优选至少92%、更优选至少95%、更优选至少98%、更优选至少99%的相对湿度。将相对湿度控制在所示范围内可以有助于改善所生产的BC无纺布的表面质量。特别地,高相对湿度可以有助于防止或至少大大减少BC无纺布的表面的干燥和萎缩。
优选地,至少在步骤a)期间并且在任选的步骤d)期间,更优选至少在步骤a)、b)期间并且在任选的步骤d)和e)期间,更优选在步骤a)到c)期间并且在任选的步骤d)到g)期间,在距BC和气体气氛的界面0到10cm的距离内(垂直于界面测量),将细菌培养物上方的气体气氛保持为至少70%、更优选至少80%、更优选至少85%、更优选至少90%、更优选至少92%、更优选至少95%、更优选至少98%、更优选至少99%的相对湿度。将相对湿度控制在所示范围内可以有助于改善所生产的BC无纺布的表面质量。特别地,高相对湿度可以有助于防止或至少大大减少BC无纺布的表面的干燥和萎缩。
出于另一个原因,用覆盖物覆盖培养容器也是有利的。即,用覆盖物覆盖培养容器可以减小进入温度或温度和相对湿度保持为期望水平的培养容器上方的体积的气体气氛的体积流率。术语“体积流率”表示每单位时间经过的流体(特别是气体气氛)的体积。本发明人发现细菌培养物上方的空气流可能导致BC无纺布生产效率的降低。此外,细菌培养物上方的空气流可能会降低BC无纺布的表面质量。特别地,BC的形成可能是不均匀的,使得BC无纺布包括具有较密或较不密的网络结构的不同BC斑点。而且,由于不均匀的网络形成以及由于表面的部分干燥,BC无纺布的表面可能是不平坦的。因此,优选的是,限制进入温度或温度和相对湿度保持为期望水平的培养容器上方的体积的气体气氛的体积流率。可以通过用覆盖物覆盖培养容器来达到或至少支持此体积流率的限制。在要求在受控污染水平下(例如,在洁净室(特别是层流洁净室)中)生产BC无纺布的实施例中,用覆盖物覆盖培养容器是特别有利的。层流洁净室与可能不利于BC无纺布的产率和/或质量的特别大的气体气氛的流动相关。例如,1到5级(ISO)的洁净室的空气流速为0.2到0.5m/s。6、7、8级及更高等级的洁净室每小时的换气量为160到10m3/m2*h。因此,如果限制细菌培养物上方的气体气氛,则在洁净室中生产BC无纺布的实施例中,这是特别有利的。
可以通过用覆盖物覆盖培养容器来实现细菌培养物上方的气体气氛的减少。可替代地或另外地,可以通过防止细菌培养物上方的强空气流的具体空气流方案来减少细菌培养物上方的气体气氛的流动。可以通过使用重定向空气流的元件来实现此空气流方案,从而减少细菌培养物上方的空气流。
可以将温度或温度和相对湿度保持为期望水平的培养容器上方的体积大致描述为由六个面定义,所述六个面即BC和气体气氛的界面(i),基本平行于BC和气体气氛的界面的上面(ii),以及基本垂直于所述体积的面(i)和(ii)的四个侧面(iii)到(vi)。
当在本说明书中指出培养容器用覆盖物覆盖时,这并不是指必须覆盖所有面(ii)到(vi)。特别是在覆盖的主要目的是减少从顶部进入所述体积的空气流的实施例中,仅覆盖所述体积的上面(ii)就足够了。此外,在覆盖的主要目的是减少从侧面进入所述体积的空气流的实施例中,仅覆盖侧面(iii)到(vi)中的一或多个就足够了,特别是可以覆盖所有侧面(iii)到(vi)。然而,在本发明的其它实施例中,特别是在应严格控制相对湿度的实施例中,覆盖上面(ii)和侧面(iii)到(vi)可能是有利的。
在用覆盖物覆盖培养容器的实施例中,优选覆盖物是透明的,以便能够实现工艺的光学评估而不需要去除覆盖物。
在优选实施例中,在1013.25hPa的压力以及20℃的温度下,进入温度或温度和相对湿度保持为期望水平的培养容器上方的体积的气体气氛的体积流率小于每分钟每m2界面1dm3,所述界面为气体气氛可以进入温度或温度和相对湿度保持为期望水平的培养容器上方的体积的界面。
优选地,利用本发明的方法,以每培养天每m长度的反应器0.1到1m的产率获得扁平的BC无纺布,其厚度为15mm到0.5mm。
本发明的方法可以进一步包括以下步骤:在本发明的方法的步骤c)和/或f)中从培养容器去除之后对BC无纺布进行灭菌。BC无纺布的灭菌对于BC无纺布的多种应用是有利的,特别是皮肤病学应用、美容应用、诊断应用(例如,细胞培养系统)、技术应用(膜)和医学应用(例如,伤口覆盖物或皮肤植入物)。BC无纺布优选通过电子(β射线)辐射,通过γ射线辐射或通过暴露于蒸汽来进行灭菌。然而,暴露于蒸汽较不优选,因为由于热引起膨胀,要求容纳BC无纺布的包装是打开的,使得在可以闭合和密封包装之前,存在很大的灭菌后再次污染的风险。相反,可以用闭合和密封的包装来进行辐射灭菌,以免再次污染。特别优选地,BC无纺布通过电子(特别是电子束(electron beam,在本文中称为“e-beam”))辐射进行灭菌。
本发明人发现,电子束灭菌对于BC无纺布的灭菌特别有利,因为与γ射线灭菌相比,电子束灭菌对BC的网络结构的影响最小。因此,与用伽马射线灭菌的BC无纺布相比,用电子束灭菌的BC无纺布的质量得以改善。电子束灭菌不会损害BC无纺布的网络结构的发现特别令人意外,因为已知利用伽马射线进行灭菌会对BC网络结构和BC无纺布的质量产生不良影响,因此一般认为射线灭菌是不利的。因此,电子束灭菌(β射线)是有利的事实特别令人惊讶。图2示出了,与通过蒸汽暴露进行灭菌相比,电子束灭菌不会损害BC网络结构。
本发明还涉及电子束在BC灭菌中的用途。优选地,以10到50kGy,更优选约15到25kGy的剂量对BC无纺布进行灭菌。如果剂量太高,BC网络结构可能受损。如果剂量太低,BC无纺布可能无法充分灭菌。
本发明还涉及一种BC无纺布,特别是通过本发明的方法生产的BC无纺布。
优选地,处于其天然状态的BC无纺布包括按重量计至多15%、优选至多5%的量的BC。更优选地,处于其天然状态的BC无纺布包括0.5到1.5重量%的量的BC。术语“天然状态”是指BC无纺布从培养容器去除时的状态。BC无纺布的BC比例可以通过至少部分去除流体来增加。值得注意的是,根据本发明,其中已通过至少部分去除流体增加BC比例的BC无纺布不是处于其天然状态。
在天然状态的BC无纺布中,流体和BC的总和优选为至少80重量%,特别地至少90重量%,特别地至少95重量%。在一个实施例中,BC无纺布中的组成成分流体和BC的总和优选为基本上100%。换句话说,BC无纺布可以基本上由流体和BC组成。任选地,BC无纺布由流体、BC和一种或多种添加剂组成,所述添加剂为例如有机组分,例如淀粉、壳聚糖、几丁质、胶原蛋白、甲基纤维素、羧甲基纤维素、透明质酸和/或藻酸盐、羟乙基纤维素、聚乙烯醇和/或聚环氧乙烷;或无机组分,例如金属氧化物、羟基磷灰石和/或石墨烯。添加剂可在BC无纺布的生产期间嵌入BC网络和/或附接到BC网络。
从培养容器去除后,流体基本上是培养基。对于各种应用,培养基优选被不同的流体替换,特别是被水和/或包括水的水基流体(特别是去离子水)替换,其量为至少85%,还更优选99%。
BC无纺布的相对较低的平均厚度允许多种应用,特别是处于其天然状态的BC无纺布的应用(意味着流体含量不会减少(例如,因机械冲击)),特别是皮肤病学应用、美容应用、诊断应用(例如,细胞培养系统)、技术应用(膜)、医学应用(例如,伤口覆盖物或皮肤植入物)和制药学应用(例如,药物载剂系统)。然而,具有太低的平均厚度的物品可能更容易撕坏。BC无纺布的厚度优选平均为至少0.5mm,更优选至少0.8mm,还更优选至少1.0mm,还更优选至少1.5mm,还更优选至少2.0mm。另一方面,具有非常高的平均厚度的BC无纺布对于某些应用(特别是皮肤病学应用)可能是不利的。原因是非常高的厚度可能会导致不舒服的感觉,并且可能需要另外的粘附或固定构件才可粘附在皮肤上。BC无纺布的平均厚度优选为至多8.0mm,更优选至多6.0mm,还更优选为至多5.0mm。BC无纺布的平均厚度可以通过本领域技术人员已知的常规方法来确定,包括例如游标卡尺测量。BC特性使薄无纺布具有良好的抗拉强度。
优选地,BC无纺布的BC纤维的平均直径为30到250nm。直径优选地由扫描电子显微术(SEM)图片确定。
BC无纺布(特别是BC无纺布的BC内容物)的体积质量密度为至少0.50g/cm3,优选至少0.55g/cm3。BC无纺布(特别是BC无纺布的BC内容物)的体积质量密度为至多1.50g/cm3,优选至多1.25g/cm3。
BC无纺布(特别是BC无纺布的BC内容物)的体积质量密度优选为至少0.50g/cm3到至多1.50g/cm3,更优选至少0.55g/cm3到至多1.50g/cm3,还更优选至少0.50g/cm3到至多1.25g/cm3,最优选至少0.55g/cm3到至多1.25g/cm3。
BC无纺布(特别是BC无纺布的BC)的重均分子量Mw优选为至多1,500,000g/mol,更优选至多1,200,000g/mol,更优选至多1,000,000g/mol,更优选至多900,000g/mol,至多850,000g/mol,至多800,000g/mol,最优选至多780,000g/mol。BC无纺布(特别是BC无纺布的BC)的重均分子量Mw优选为至少100,000g/mol,优选至少250,000g/mol,至少300,000g/mol,至少400,000g/mol,最优选至少500,000g/mol。如果重均分子量Mw非常低,则可能无法如下所述获得期望的多分散性指数。
BC无纺布(特别是BC无纺布的BC)的数均分子量Mn优选为至多500,000g/mol,优选至多400,000g/mol,至多450,000g/mol,至多400,000g/mol,最优选至多360,000g/mol。如果数均分子量Mn非常高,则可能无法如下所述获得期望的多分散性指数。BC无纺布(特别是BC无纺布的BC)的数均分子量Mn优选为至少100,000g/mol,优选至少150,000g/mol,至少200,000g/mol,至少250,000g/mol,最优选至少300,000g/mol。如果数均分子量Mn非常低,则可能损害材料的稳定性。
聚合度是具体BC网络的BC聚合物中单体单元的平均数量。其可以表示为相应的BC聚合物的数均分子量与单体单元的分子量之比。
多分散性指数(PDI)是相应的BC网络的BC聚合物的分子质量分布的不均匀性量度。其计算为相应的BC聚合物的重均分子量与数均分子量之比。PDI值越高,表明BC网络的BC聚合物的分子量分布越宽。物品的纤维素链的长度优选是相对均匀的,这可以通过相对低的多分散性指数(Mw/Mn)来反映。
BC无纺布的PDI(Mw/Mn)优选为低值。已知PDI相对较低是指更稳定的材料和孔结构。PDI接近1会反映出几乎是最佳的均匀性。根据至少一些实施例,BC无纺布的多分散性指数PDI(Mw/Mn)优选小于3.5,优选小于3.0,更优选小于2.75,还更优选小于2.5,还更优选小于小于2.0,还更优选小于1.75,最优选小于1.5。
根据至少一些实施例,优选地,表征BC无纺布的聚合度DPn为至少1,000,更优选至少1,500,更优选至少1,700。优选地,表征物品的DPn为至多8,000,更优选至多5,000,更优选至多3,000,还更优选至多2,500,还更优选至多2,200。较高的聚合度将导致抗拉强度增加,而DPn不应超过最大值。
BC无纺布的BC内容物包括的羰基基团的量优选小于8.5μmol/g,优选小于8.0μmol/g,更优选小于7.5μmol/g,还更优选小于7.0μmol/g,还更优选小于6.0μmol/g,还更优选小于5.75μmol/g。BC无纺布的BC内容物包括的羰基基团的量优选为至少1.0μmol/g,更优选至少1.5μmol/g,还更优选至少2.0μmol/g,还更优选至少2.5μmol/g,最优选至少2.75μmol/g。少量的羰基基团对应于较高的聚合度,这将导致抗拉强度增加,而如果羰基基团的量太大,则会影响加工性。
对于纤维素(特别是含纤维素物品)结晶度Ic是一个重要的参数。结晶度优选通过固态NMR光谱法确定。低结晶度Ic可能特别地伴随着气体和液体的渗透性的降低。处于本发明(特别是本发明的BC无纺布及其用途)的目的,需要相对较高的结晶度Ic,以便为气体和液体提供相对较高的渗透性。优选地,BC无纺布的BC的结晶度Ic为至少55%,更优选至少60%,更优选至少65%,更优选至少70%,最优选至少80%。优选地,BC无纺布的BC的结晶度Ic为至多95%,更优选至多90%,更优选至多85%。
本领域技术人员将认识到,BC可以以多种结晶晶型存在。在本发明的特别优选的实施例中,BC同时以单链三斜结构Iα和双链修饰Iβ结晶。在此些实施例中,两种晶型以平行链排列堆积,但是在含BC的无纺布中的比率不同,这取决于来源和制造方法。优选地,本发明的BC无纺布的BC包括的纤维素Iα的量为BC无纺布的至少10%、优选至少20%、更优选至少30%(按重量计)。优选地,本发明的BC无纺布的BC包括的纤维素Iα的量为BC无纺布的至多90%、优选至多70%、更优选至多50%(按干重计)。另外地或可替代地,本发明的BC无纺布的BC包括的纤维素Iβ的量优选为至少1%,优选至少5%,更优选至少10%(按重量计)。优选地,本发明的BC无纺布的BC包括的纤维素Iβ的量为至多90%,优选至多80%,更优选至多70%,还更优选至多60%,还更优选至多50%,最优选至多45%(按干重计)。优选地,纤维素Iα和Iβ的量基于CP/MAS13C NMR确定。为了获得BC无纺布的期望性质,上述范围是优选的。
特别地,本发明的BC无纺布可以包括质量比为至多2.75、优选至多2.5、更优选至多2.4的纤维素Iα和纤维素Iβ。优选地,本发明的BC无纺布包括质量比为至少1.5、优选至少2.0、更优选至少2.25的纤维素Iα和纤维素Iβ。为了获得BC无纺布的期望性质,上述比率是优选的。
根据本发明,BC可以用于向皮肤的治疗区域提供流体(特别是水)和任选的至少一种活性剂。BC无纺布的优选吸水容量(WAC)和/或优选保水容量(WRC)可以允许期望治疗作用的增加。特别地,本发明的BC无纺布的吸水容量(WAC)可以为至少5,000%,更优选至少9,000%,更优选至少15,000%。
如本文所述,吸水容量通过以下公式计算:
WAC=质量(湿)/质量(干)*100%。
优选地,BC无纺布的吸水容量(WAC)为至多20,000%,更优选至多10,000%,还更优选至多8,000%。任选地并且优选地,BC无纺布的吸水容量(WAC)为2,000%到14,000%,更优选6,000%到11,000%。
本发明的BC无纺布的保水容量(WRC)可以为至少500%,优选至少600%,更优选至少700%,最优选至少750%。本发明的BC无纺布的保水容量(WRC)可以为至多3,000%,优选至多2,000%,更优选至多1,000%,最优选至多950%。如本文使用,保水容量(WRC)是最大WAC下的湿质量与BC无纺布以5,000rpm离心15分钟后确定的干质量的比率。
如本文所述,保水容量由下式计算:
WRC=(质量(湿)-质量(干))/质量(干)*100%。
如上所述,本发明的BC无纺布优选由高度均匀性表征。特别优选地,本发明的BC无纺布具有非常均匀的网络结构,特别是密度非常均匀的网络结构,和/或特别均匀的表面结构。BC无纺布的均匀结构优选有助于BC无纺布的多种物理和/或化学性质的均匀性。在特别优选的实施例中,BC无纺布的WAC和/或WRC是高度可再现的。
优选地,BC无纺布的结构如此均匀,使得WAC的标准偏差为WAC的相应平均值的至多15%、更优选至多10%、更优选至多7%、更优选至多5%、更优选至多4%、更优选至多3%、甚至更优选至多2%,特别优选至多1%,其中平均值和标准偏差由至多25个、优选至多20个、更优选至多15个、更优选至多10个、更优选至多7个、更优选至多6个独立测量值确定。优选地,平均值和标准偏差由至少3个独立测量值确定,更优选由至少4个独立测量值确定,更优选由至少5个独立测量值确定。在优选实施例中,平均值和标准偏差由5个独立测量值确定,更优选地由6个独立测量值确定。
独立测量值通过从BC无纺布上切割2cm x 2cm的基本相等大小的样品并独立确定每个样品的WAC值而获得。技术人员知道如何基于一组测量值来确定平均值和标准偏差。平均值通过将各个测量值之和除以测量值的数量来确定。标准偏差对应于各个测量值与测量值的平均值的平方偏差之和的平方根,其中所述和除以测量值的数量减一,然后再取平方根。
优选地,BC无纺布的结构如此均匀,使得WRC的标准偏差为WRC的相应平均值的至多15%、更优选至多10%、更优选至多7%、更优选至多5%、更优选至多4%、更优选至多3%、甚至更优选至多2%,特别优选至多1%,其中平均值和标准偏差由至多25个、优选至多20个、更优选至多15个、更优选至多10个、更优选至多7个、更优选至多6个独立测量值确定。优选地,平均值和标准偏差由至少3个独立测量值确定,更优选由至少4个独立测量值确定,更优选由至少5个独立测量值确定。在优选实施例中,平均值和标准偏差由5个独立测量值确定,更优选地由6个独立测量值确定。
独立测量值通过从BC无纺布上切割2cm x 2cm的基本相等大小的样品并独立确定每个样品的WRC值而获得。技术人员知道如何基于一组测量值来确定平均值和标准偏差。平均值通过将各个测量值之和除以测量值的数量来确定。标准偏差对应于各个测量值与测量值的平均值的平方偏差之和的平方根,其中所述和除以测量值的数量减一,然后再取平方根。
优选地,BC无纺布的结构如此均匀,使得WAC和WRC的标准偏差分别为WAC或WRC的相应平均值的至多15%、更优选至多10%、更优选至多7%、更优选至多5%、更优选至多4%、更优选至多3%、甚至更优选至多2%,特别优选至多1%,其中平均值和标准偏差由至多25个、优选至多20个、更优选至多15个、更优选至多10个、更优选至多7个、更优选至多6个独立测量值确定。优选地,平均值和标准偏差由至少3个独立测量值确定,更优选由至少4个独立测量值确定,更优选由至少5个独立测量值确定。在优选实施例中,平均值和标准偏差由5个独立测量值确定,更优选地由6个独立测量值确定。
独立测量值通过从BC无纺布上切割2cm x 2cm的基本相等大小的样品并独立确定每个样品的WAC和WRC值而获得。技术人员知道如何基于一组测量值来确定平均值和标准偏差。平均值通过将各个测量值之和除以测量值的数量来确定。标准偏差对应于各个测量值与测量值的平均值的平方偏差之和的平方根,其中所述和除以测量值的数量减一,然后再取平方根。
特别对于BC无纺布的美容、皮肤病学、医学和制药学用途来说有利的是,BC无纺布适于待治疗的皮肤区域,特别是适于四肢或面部的几何形状和尺寸。特别对于这些性质来说,BC无纺布的抗拉强度是重要的。特别地,太低的抗拉强度将不允许BC无纺布具有柔性,并且因此将不允许BC无纺布适于皮肤的不平坦(特别是面部的不平坦)而无撕坏风险。本发明的BC无纺布的抗拉强度优选大于100MPa,更优选大于252MPa,更优选大于275MPa,更优选大于300MPa,最优选大于310MPa。本发明的BC无纺布的抗拉强度优选小于1,000MPa,优选小于750MPa,更优选小于500MPa,最优选小于400MPa。本文所指的抗拉强度优选使用TIRAtest2710万能测量装置以1.5kN的标称力在BC无纺布热压之后确定。优选地,本文所指的抗拉强度根据DIN EN ISO527-1:2012-06和/或DIN EN ISO 527-2:2012-06确定。
本申请还涉及本发明的BC无纺布在皮肤病学、医学、制药学、诊断、营养、美容、技术和防护设备产品中的用途。根据本申请,特别是本发明的BC无纺布在皮肤病学应用、美容应用、诊断应用(例如,细胞培养系统)、技术应用(膜)和医学应用(例如,伤口覆盖物或皮肤植入物)中的用途。
本发明还包括一种用于生产BC无纺布的设备。所述设备包括:
A)至少一个培养容器,
B)用于加入新鲜或回收培养基和/或从所述培养容器去除消耗培养基的装置,
C)用于从所述培养容器去除所生产的BC无纺布的装置。
本发明的设备包括根据上述特征A)的至少一个培养容器。优选地,所述设备仅包括一个培养容器。在替代实施例中,所述设备包括至少两个、更优选至少三个培养容器。
优选地,培养容器的合成面积为至少1cm2,更优选至少10cm2,更优选至少100cm2,更优选至少1,000cm2,更优选至少1m2,还更优选至少10m2。优选地,培养容器的合成面积为至多50,000m2,更优选至多20,000m2,更优选至多1,000m2,还更优选至多100m2,还更优选至多50m2。
优选地,培养容器具有基本上矩形的形状。优选地,培养容器的长宽比为至少1.5。更优选地,培养容器的长宽比为至少2,更优选至少3,更优选至少5,更优选至少10,更优选至少15,更优选至少20,更优选至少25,更优选至少30,更优选至少50,更优选至少100。然而,相应的长宽比不应很高。优选地,培养容器的长宽比为至多10,000,更优选至多8,000,更优选至多5,000,更优选至多2,000,更优选至多1,000,更优选至多500。发明人发现此些长宽比对于BC无纺布的高效生产是特别有利的。
优选地,培养容器的长度为至少100cm,更优选至少200cm,更优选至少500cm,更优选至少1,000cm。优选地,培养容器的长度为至多1,000m,更优选至多200m,更优选至多100m,更优选至多50m,更优选至多20m。
优选地,培养容器的宽度为至少10cm,更优选至少20cm,更优选至少50cm,更优选至少100cm。优选地,培养容器的宽度为至多100m,更优选至多20m,更优选至多10m,更优选至多5m,更优选至多2m。
优选地,培养容器具有温度控制系统,所述温度控制系统包括加热装置和至少一个温度传感器,以便维持和控制培养基的温度。优选地,加热装置提供热量以维持预定温度,所述预定温度在培养基中相差至多±5K,更优选至多±4K,更优选至多±3K,更优选至多±2K,更优选至多±1K,更优选至多±0.5K,更优选至多±0.1K,更优选至多±0.01K。
根据上述特征B),所述设备包括用于加入新鲜或回收培养基和/或从培养容器去除消耗培养基的装置。优选地,所述装置包括在培养容器中的一或多个开口,其能够实现新鲜或回收培养基的加入和/或消耗培养基从培养容器的去除。所述开口可以包括一或多个顶部开口。现有技术已知具有中心顶部开口的培养容器。然而,本发明人发现,对于BC的生产可能是有利的是,用于加入新鲜或回收培养基和/或从培养容器去除消耗培养基的装置布置在培养容器的底部,因为如果培养基的加入和/或去除BC是从培养容器的顶部进行的,BC无纺布生产可能会受到很大影响。相反,从培养容器的底部加入和/或去除培养基就没有问题。因此,用于加入新鲜或回收培养基和/或从培养容器去除消耗培养基的装置优选地布置在培养容器的底部。所述装置也可以布置在培养容器的侧壁上。然而,如果将所述装置布置在培养容器的侧壁上,优选将装置靠近培养容器的底部布置,使得培养基的加入和/或去除可以在BC和气体介质的界面下方进行,因此培养基的加入和/或去除不会干扰BC无纺布的生产。优选地,开口是可密封的,以便防止培养基意外地从培养容器漏出。优选地,开口可以可密封的方式连接到管和/或容器,这在培养基的加入和/或去除期间防止了培养基意外地从培养容器漏出。
根据上述特征C),所述设备包括用于从培养容器去除所生产的BC无纺布的装置。本发明人发现,有利的是,通过沿基本上平行于BC和气体气氛的界面的方向将BC无纺布从培养容器拉出和/或推出来将所生产的BC无纺布从培养容器去除。本去除方式对于最小化细菌培养物的干扰以及最小化可能以其它方式发生的BC无纺布的结构变化是有利的。特别地,通过本去除方式,可以最小化或甚至避免BC网络的结构变化。因此,用于从培养容器去除所生产的BC无纺布的装置优选地是拉动和/或推动装置,其使得能够对基本上平行于BC和气体气氛的界面定向的BC无纺布施加力。为了施加此力,拉动和/或推动装置优选直接接触或经由接触装置(例如,钩、吊索等)间接接触BC无纺布。优选的拉动装置基本布置在培养容器的外部,并且仅以一小部分或经由接触装置延伸到培养容器中,以便接触BC无纺布。优选的拉动装置是辊、弹簧等。推动装置优选地基本位于培养容器的内部。优选的推动装置是辊、带式输送机等。优选地,拉动和/或推动装置连接到用于控制BC去除的时间和速度的控制装置。
优选地,所述设备包括用于在距培养基预定距离内将细菌培养物上方的气体气氛保持为预定温度和/或相对湿度的装置。优选地,所述设备包括用于在距培养基多至2cm、更优选多至5cm、更优选多至10cm的距离内将细菌培养物上方的气体气氛保持为预定温度和/或相对湿度的装置。优选地,预定温度与培养容器中的培养基的温度相差至多±10K,更优选至多±5K,更优选至多±4K,更优选至多±3K,更优选至多±2K,更优选至多±1K,更优选至多±0.5K,更优选至多±0.1K。优选地,预定相对湿度为至少70%,更优选至少80%,更优选至少85%,更优选至少90%,更优选至少92%,更优选至少95%,更优选至少98%,更优选至少99%。
优选地,用于在距培养基预定距离内将细菌培养物上方的气体气氛保持为预定温度和/或相对湿度的装置包括用于覆盖培养容器的覆盖物。优选地,覆盖物被配置成可拆卸地连接到培养容器,以便能够重复覆盖和露出培养容器。在优选实施例中,覆盖物是盖子。优选地,覆盖物是透明的,以便能够实现生产工艺的在线地目视检查而无需去除覆盖物。
可替代地或另外地,覆盖物可以含有隔离层,或者隔离层可以置于覆盖物的顶部上,以便进一步对维持培养装置中的培养基上方的空气的温度和湿度进行改善。
可替代地或附加地,用于在距培养基预定距离内将细菌培养物上方的气体气氛保持为预定温度和/或相对湿度的装置可以包括一或多个加热装置。加热装置可以是电加热器、气体加热器、对流、接触或辐射加热器等、或这些中的两种或两种以上的组合。
可替代地或另外地,用于在距培养基预定距离内将细菌培养物上方的气体气氛保持为预定温度和/或相对湿度的装置可以包括一或多个加湿器,优选地与加热装置结合以便维持加湿空气的期望温度。
优选地,所述设备包括用于将培养容器中的培养基保持为预定温度的装置。优选地,预定温度为20℃到40℃,更优选25℃到33℃,更优选28℃到30℃。优选地,用于将培养容器中的培养基保持为预定温度的装置包括至少一个加热装置,例如电加热器、气体加热器、辐射加热器等、或这些中的两种或两种以上的组合。
附图说明
图1示出了扫描电子显微镜图像,其将通过流体射流切割获得的切割边缘(右图)与通过利用切割刀切割获得的切割边缘(左图)进行了比较。扫描电子显微镜图像分别以300x(上图)和3000x(下图)放大率示出了切割边缘。
图2示出了利用蒸汽(上图)或电子束(下图)灭菌的BC无纺布的扫描电子显微镜图像。扫描电子显微镜图像分别以300x(左图)和3000x(右图)放大率示出了BC。值得注意的是,与利用蒸汽进行灭菌相比,电子束灭菌不会损害BC网络结构。
实例
实例1
通过本发明的方法生产BC无纺布。将所生产的平均厚度为至少2mm的BC无纺布从培养容器去除,并将其与保留在培养容器中的BC无纺布分离。可以通过利用切割刀切割或通过流体射流切割进行分离。通过扫描电子显微术研究切割边缘。发现与通过利用切割刀切割产生的切割边缘相比,通过流体射流切割产生的切割边缘更光滑。结果如图1中所示。
实例2
通过本发明的方法生产BC无纺布。特别地,在从培养容器去除并与保留在培养容器中的BC分开之后,利用电子束或通过暴露于蒸汽对BC无纺布进行灭菌。利用扫描电子显微术研究BC网络结构。发现网络结构既不受蒸汽灭菌也不受电子束灭菌的干扰。
实例3
通过本发明的方法生产三种不同的BC无纺布材料,其特征在于一系列的WAC和WRC值。从每种BC无纺布材料上切割2cm x 2cm的基本相等大小的六个样品,并且针对每种BC无纺布材料的六个样品中的每一个独立地获得WAC和WRC值。对于每个样品,计算WRC和WAC的平均值和标准偏差。表1和表2表明了鉴于两种特有材料性质值的标准偏差(SD)均低于±5%的BC无纺布材料的质量和均匀性。
表1:不同BC无纺布材料的吸水容量平均值(单位为%)和相应的标准偏差(单位为%)(每种材料n=6个样品)
材料 | WAC平均值[%] | SD WAC[%] |
材料1 | 9,827 | 358 |
材料2 | 7,100 | 292 |
材料3 | 6,644 | 241 |
表2:不同BC无纺布材料的保水容量平均值(单位为%)和相应的标准偏差(单位为%)(每种材料n=6个样品)
样品 | WRC平均值[%] | SD WRC[%] |
材料1 | 832 | 17 |
材料2 | 798 | 24 |
材料3 | 719 | 22 |
实例4
在28℃的温度下,在层流空气流条件下,对用盖子覆盖培养容器对水从培养容器的蒸发的影响进行了测试。结果示出在表3中。可以看出,用盖子覆盖培养容器使从培养容器蒸发的水的量减少了近50倍。
表3:在层流空气流条件下,T=28℃下的水的蒸发(单位为L每天每m2培养容器)
测试 | 蒸发[L/(m2·d)] |
测试1(没有覆盖物的培养容器) | 4.9 |
测试2(有覆盖物的培养容器) | 0.1 |
实例5
通过本发明的方法生产两种不同的BC无纺布材料,其特征在于一系列的WAC和WRC值。在表4中列出的条件下生产材料。特别地,培养基上方的气体气氛的湿度保持为79-80%,并且培养基上方3cm的气体气氛的温度保持为比培养基的温度低不超过1K的温度。0到2cm的距离处(垂直于界面测量)的气体气氛的湿度和温度不低于表4中列出的值。从每种BC无纺布材料上切割2cm x 2cm的基本相等大小的样品,并且针对每种BC无纺布材料的样品中的每一个独立地获得WAC和WRC值。对于每种材料,计算WRC和WAC的平均值和标准偏差。表5表明了鉴于两种特有材料性质值的标准偏差(SD)均低于±5%的BC无纺布材料的质量和均匀性。材料4和5表现出光滑且平坦的表面。
表4:获得材料4和5的实验条件(=细菌培养物上方的气体气氛的相对湿度,TGA=距BC和气体气氛的界面3cm的距离处(垂直于界面测量)的气体气氛的温度,TCM=培养容器中的培养基的温度,hBC=BC无纺布材料的平均厚度,t=相对于材料4的培养时间)
表5:BC无纺布材料4(n=10个样品)和BC无纺布材料5(n=6个样品)的吸水容量和保水容量的平均值和标准偏差
材料 | WAC平均值[%1 | SDWAC[%] | WRC平均值[%1 | SDWRC[%] |
材料4 | 9,419 | 352 | 841 | 25 |
材料5 | 10,141 | 472 | 818 | 32 |
实例6
如实例5中所述,生产两种不同的BC无纺布材料,其中改变了实验条件以评估气体气氛的湿度的影响。即,相对于材料4,培养基上方的气体气氛保持为31-33%,并且培养时间延长为225%。表6表明了鉴于吸水和保水容量的偏差(SD)均大于±15%以及不同的厚度介于2和6-7mm之间的欠佳质量和较差均匀性。材料6和材料7表现出不平坦的表面。
表6:获得材料6和7的实验条件(=细菌培养物上方的气体气氛的相对湿度,TGA=距BC和气体气氛的界面3cm的距离处(垂直于界面测量)的气体气氛的温度,TCM=培养容器中的培养基的温度,hBC=BC无纺布材料的平均厚度,t=相对于材料4的培养时间)
表7:BC无纺布材料6(n=10个样品)和BC无纺布材料7(n=6个样品)的吸水容量和保水容量的平均值和标准偏差
材料 | WAC平均值[%] | SD WAC[%] | WRC平均值[%] | SD WRC[%] |
材料6 | 10,298 | 2,087 | 802 | 141 |
材料7 | 9,633 | 1,914 | 838 | 149 |
Claims (19)
1.一种用于生产细菌合成纤维素BC无纺布的方法,所述方法包括以下步骤:
a)通过在培养容器中培育细菌培养物来合成BC,其中所述细菌培养物包括液体培养基和BC合成细菌,
b)在所述培育期间,任选地加入新鲜或回收培养基和/或去除消耗培养基,
c)从所述培养容器去除所生产的平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布,
其中至少在步骤a)期间,在距BC和气体气氛的界面的,垂直于所述界面测量的,0到2cm的距离内,将所述细菌培养物上方的所述气体气氛保持为比所述培养容器中的所述培养基的最高温度低至多10K的温度,和其中至少在步骤a)期间,在距BC和气体气氛的界面的,垂直于所述界面测量的,0到2cm的距离内,将所述细菌培养物上方的所述气体气氛保持为至少70%的相对湿度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中在从所述培养容器去除所生产的平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布期间,继续进行所述培养容器中的BC的合成,并且其中非成品BC无纺布保留在所述培养容器中并与去除的所述BC无纺布分开,所述方法进一步包括以下步骤:
d)通过在所述培养容器中继续培育所述细菌培养物来继续进行所述培养容器中的BC的合成,
e)在所述继续培育期间,任选地加入新鲜或回收培养基和/或去除消耗培养基,
f)从所述培养容器去除所生产的平均厚度为至少0.5mm的BC无纺布,其中在去除期间,任选地继续进行BC的合成,并且其中任选地,非成品BC无纺布保留在所述培养容器中并与去除的所述BC无纺布分开,和
g)任选地重复步骤d)到f)至少一次。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述培养基的温度为20℃到40℃。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述培养基的温度为25℃到33℃。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其中至少在步骤a)和/或d)期间,在距BC和气体气氛的界面的,垂直于所述界面测量的,0到5cm的距离内,将所述细菌培养物上方的所述气体气氛保持为比所述培养容器中的所述培养基的温度低至多10K的温度,和/或保持为至少70%的相对湿度。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其中至少在步骤a)和/或d)期间,在距BC和气体气氛的界面的,垂直于所述界面测量的,0到5cm的距离内,将所述细菌培养物上方的所述气体气氛保持为比所述培养容器中的所述培养基的温度低至多5K的温度,和/或保持为至少95%的相对湿度。
7.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述培养容器用覆盖物覆盖。
8.根据权利要求2所述的方法,其中通过流体射流切割将非成品BC无纺布与去除的BC无纺布分开。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其中在培育至少三天且至多十天之后,在步骤c)中从所述培养容器去除所生产的BC无纺布。
10.根据权利要求2所述的方法,其中通过在所述培养容器中继续培育所述细菌培养物至少12小时且至多100小时,在步骤d)中继续进行所述培养容器中的BC的合成。
11.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述方法进一步包括以下步骤:在步骤c)和/或f)之后通过电子束灭菌对所述BC无纺布进行灭菌。
12.一种细菌合成纤维素BC无纺布,其特征在于,WAC和/或WRC的标准偏差分别为WAC或WRC的相应平均值的至多15%,其中平均值和标准偏差由至多25个独立测量值确定,并且其中独立测量值通过从所述BC无纺布上切割2cm x 2cm的基本相等大小的样品并独立地确定每个样品的WAC和/或WRC值而获得。
13.根据权利要求12所述的BC无纺布,其中所述BC无纺布通过根据权利要求1到11中至少一项权利要求所述的方法生产。
14.根据权利要求12或13所述的BC无纺布,其中所述无纺布的平均厚度为至少0.5mm且至多8mm。
15.一种根据权利要求12到14中至少一项权利要求所述的BC无纺布在皮肤病学、医学、制药学、诊断、营养、美容、技术和防护设备产品中的用途。
16.一种用于生产BC无纺布的设备,其中所述设备包括:
A)至少一个培养容器,
B)用于加入新鲜或回收培养基和/或从所述培养容器去除消耗培养基的构件,和
C)用于从所述培养容器去除所生产的BC无纺布的构件,
其中所述设备包括用于在距所述培养基多至2cm的距离内将细菌培养物上方的气体气氛保持为预定温度和相对湿度的装置,其中所述预定温度与所述培养容器中的所述培养基的温度相差至多±10K,且所述预定相对湿度为至少70%。
17.根据权利要求16所述的设备,其中所述培养容器具有基本上矩形的形状,其中长度为至少100cm且宽度为至少10cm,其中长度与宽度的纵横比为1.5到10,000。
18.根据权利要求16或17所述的设备,其中用于在距所述培养基多至2cm的距离内将细菌培养物上方的气体气氛保持为预定温度和/或相对湿度的所述装置包括用于覆盖所述培养容器的覆盖物。
19.根据权利要求18所述的设备,其中所述覆盖物是盖子。
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