CN114438151B - 一种高致密细菌纤维素的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高致密细菌纤维素制备方法，以多巴胺含量为1‑4mg/mL的培养基培养木醋杆菌，一步合成孔隙率低至67‑73％的细菌纤维素。首先按常规方法配制培养基，高温高压灭菌后添加多巴胺；接着将木醋杆菌接种到含多巴胺的培养基进行静态培养，借助多巴胺加速木醋杆菌分泌，促进细菌纤维素纳米纤维形成；随后以去离子水清洗残留培养基，再以热碱溶液去除木醋杆菌并使掺杂于细菌纤维素纳米纤维的多巴胺聚合成聚多巴胺；最后以去离子水清洗至中性，冷冻干燥处理后即为所得。掺杂的聚多巴胺不仅提高细菌纤维素的生物相容性，而且其丰富的官能团可作为固定其他活性分子的位点。本发明提供的高致密细菌纤维素有望应用于血管补片、人工血管和覆膜支架等方面。
Description
技术领域
本发明属于生物材料领域，涉及一种高致密细菌纤维素及制备方法。
背景技术
细菌纤维素是木醋杆菌等细菌分泌的纤维素的统称，尽管具有与植物纤维素相同的分子结构，但是却拥有显著优于植物纤维素的特性：高的纯度、聚合度和结晶度，优异的强度和模量，超强的吸水性和持水能力，良好的生物相容性且无免疫原性，精细的仿生纳米纤维网络结构。这些优异的特性使细菌纤维素成为目前最具发展前景的生物材料之一，在血管补片、人工血管和覆膜支架等方面应用潜力巨大。
尽管如此，当细菌纤维素用于血管补片、人工血管和覆膜支架时，既需要促使内皮细胞汇合成单细胞层，又需要防止血液渗漏，因而对其致密度提出了较高要求。在提高细菌纤维素致密度方面，前人开展了相关的研究工作。中国发明专利(申请号：201910230710.6)通过向培养基添加琼脂调节细菌纤维素的孔隙率，不过细菌纤维素的致密度提高效果不显著。中国发明专利(申请号：201910093212.1)采用高浓度碱溶液丝光化处理细菌纤维素，使细菌纤维素的体积收缩而提高其致密度，然而该方法的制备工艺流程复杂。
发明内容
针对现有方法的不足，本发明提供了一种采用一步合成法制备高致密细菌纤维素的方法，即将多巴胺加入培养基，通过多巴胺加速木醋杆菌的分泌，合成高致密细菌纤维素，有利于内皮细胞汇合成单细胞层，并且可防止血液渗漏，为细菌纤维素在血管补片、人工血管和覆膜支架等方面的应用奠定基础。此外，热碱溶液纯化去除木醋杆菌的同时，可使掺杂于细菌纤维素纳米纤维的多巴胺聚合成聚多巴胺，聚多巴胺不仅可提高细菌纤维素的生物相容性，而且其丰富的官能团还可作为固定其他活性分子的位点，便于细菌纤维素的功能化修饰。本发明获得的高致密细菌纤维素还具有操作简单、成本低廉、环境污染较小及易实现规模化生产等显著优点。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种高致密细菌纤维素的制备方法，以含有多巴胺的培养基培养木醋杆菌，利用多巴胺加速木醋杆菌的分泌，促进细菌纤维素纳米纤维的形成，一步合成孔隙率为67％～73％的细菌纤维素。
所述制备方法中，向培养基添加的多巴胺的含量为1-4mg/mL。
多巴胺在培养过程中掺杂于细菌纤维素纳米纤维，后续纯化除菌过程中聚合成聚多巴胺，获得聚多巴胺修饰的细菌纤维素。
所制备方法的具体步骤如下：
步骤1、采用常规方法配制培养基，以冰醋酸将培养基的pH值调至4-5，置于115℃下高压灭菌30min，冷却至室温后添加多巴胺，并使其含量达到1-4mg/mL；
步骤2、以含有多巴胺的培养基培养细菌纤维素，在无菌条件下将木醋杆菌接种到含多巴胺的培养基中，静态培养2-6天，获得细菌纤维素水凝胶；
步骤3、将步骤2获得的细菌纤维素水凝胶浸泡于60℃的去离子水以去除残留的培养基，每隔2小时更换一次去离子水，至细菌纤维素水凝胶无气味；
步骤4、将步骤3获得的细菌纤维素水凝胶置于2-10g/L的NaOH溶液中于80℃下处理1-6h，去除木醋杆菌的同时使掺杂到细菌纤维素纳米纤维的多巴胺聚合成聚多巴胺，然后以去离子水清洗直至中性；
步骤5、冷冻干燥处理步骤4获得的细菌纤维素水凝胶，从而得到高致密细菌纤维素。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明将多巴胺加入培养基，通过多巴胺加速木醋杆菌的分泌，促进细菌纤维素纳米纤维的形成，一步合成高致密细菌纤维素，其孔隙率可以低至67-73％，为细菌纤维素在血管补片、人工血管和覆膜支架等方面的应用奠定基础。同时，掺杂于细菌纤维素纳米纤维的多巴胺在随后的热碱溶液纯化除菌过程中聚合成聚多巴胺，聚多巴胺可促进内皮细胞的黏附、铺展和增殖，有助于提高细菌纤维素的生物相容性，而且其丰富的官能团还可作为固定其他活性物质的位点，进而实现细菌纤维素的功能化修饰。此外，该方法还具有操作简单、成本低廉以及环境污染较小等诸多优点。因此，本发明既获得高致密细菌纤维素，又实现聚多巴胺对细菌纤维素的掺杂，具备现有方法所不能达到的效果，对推动细菌纤维素在血管补片、人工血管和覆膜支架等方面的应用具有重要意义。
附图说明
图1为对比例制备的常规细菌纤维素的(a)SEM照片和(b)FT-IR谱图；
图2为本发明实施例1制备的高致密细菌纤维素的(a)SEM照片和(b)FT-IR谱图；
图3为本发明实施例2制备的高致密细菌纤维素的(a)SEM照片和(b)FT-IR谱图；
图4为本发明实施例3制备的高致密细菌纤维素的(a)SEM照片和(b)FT-IR谱图。
具体实施方式
本发明高致密细菌纤维素制备方法的设计构思是：将多巴胺添加于培养基中，以含有多巴胺的培养基培养木醋杆菌，利用多巴胺加速木醋杆菌的分泌，促进细菌纤维素纳米纤维的合成，多巴胺在培养过程中掺杂于细菌纤维素纳米纤维，后续纯化除菌过程中聚合成聚多巴胺，获得聚多巴胺修饰的细菌纤维素，实现一步合成孔隙率为67％～73％的细菌纤维素。其中，向培养基添加的多巴胺的含量为1-4mg/mL。
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
对比例、细菌纤维素的制备，包括以下步骤：
步骤1、采用常规方法配制培养基，以冰醋酸将培养基的pH值调至4.5，置于115℃下高压灭菌30min，冷却至室温。
步骤2、以常规培养基培养细菌纤维素，在无菌条件下将木醋杆菌接种到培养基中，静态培养4天，获得细菌纤维素水凝胶。
步骤3、将步骤2获得的细菌纤维素水凝胶浸泡于60℃的去离子水以去除残留的培养基，每隔2小时更换一次去离子水，至细菌纤维素水凝胶无气味。
步骤4、将步骤3获得的细菌纤维素水凝胶置于3g/L的NaOH溶液中于80℃下处理4h，去除木醋杆菌，然后以去离子水清洗直至中性。
步骤5、冷冻干燥处理步骤4获得的细菌纤维素水凝胶，从而得到常规细菌纤维素。经排液法测定，对比例获得的细菌纤维素的孔隙率为92％。
图1示出了该对比例制备所得细菌纤维素的(a)SEM照片和(b)FT-IR谱图。
实施例1、高致密细菌纤维素的制备，步骤如下：
步骤1、采用常规方法配制培养基，以冰醋酸将培养基的pH值调至4，置于115℃下高压灭菌30min，冷却至室温后添加多巴胺，并使其含量达到1mg/mL。
步骤2、以含有多巴胺的培养基培养细菌纤维素，在无菌条件下将木醋杆菌接种到含多巴胺的培养基中，静态培养3天，获得细菌纤维素水凝胶。
步骤3、将步骤2获得的细菌纤维素水凝胶浸泡于60℃的去离子水以去除残留的培养基，每隔2小时更换一次去离子水，至细菌纤维素水凝胶无气味。
步骤4、将步骤3获得的细菌纤维素水凝胶置于5g/L的NaOH溶液中于80℃下处理6h，去除木醋杆菌的同时使掺杂到细菌纤维素纳米纤维的多巴胺聚合成聚多巴胺，然后以去离子水清洗直至中性。
步骤5、冷冻干燥处理步骤4获得的细菌纤维素水凝胶，从而得到高致密细菌纤维素，经排液法测定实施例1获得的细菌纤维素的孔隙率为73％。
图2示出了实施例1制备所得细菌纤维素的(a)SEM照片和(b)FT-IR谱图。
实施例2、高致密细菌纤维素的制备，步骤如下：
步骤1、采用常规方法配制培养基，以冰醋酸将培养基的pH值调至5，置于115℃下高压灭菌30min，冷却至室温后添加多巴胺，并使其含量达到2mg/mL。
步骤2、以含有多巴胺的培养基培养细菌纤维素，在无菌条件下将木醋杆菌接种到含多巴胺的培养基中，静态培养2天，获得细菌纤维素水凝胶。
步骤3、将步骤2获得的细菌纤维素水凝胶浸泡于60℃的去离子水以去除残留的培养基，每隔2小时更换一次去离子水，至细菌纤维素水凝胶无气味。
步骤4、将步骤3获得的细菌纤维素水凝胶置于8g/L的NaOH溶液中于80℃下处理3h，去除木醋杆菌的同时使掺杂到细菌纤维素纳米纤维的多巴胺聚合成聚多巴胺，然后以去离子水清洗直至中性。
步骤5、冷冻干燥处理步骤4获得的细菌纤维素水凝胶，从而得到高致密细菌纤维素。经排液法测定实施例2获得的细菌纤维素的孔隙率为70％。
图3示出了实施例2制备所得细菌纤维素的(a)SEM照片和(b)FT-IR谱图。
实施例3、高致密细菌纤维素的制备，步骤如下：
步骤1、采用常规方法配制培养基，以冰醋酸将培养基的pH值调至5，置于115℃下高压灭菌30min，冷却至室温后添加多巴胺，并使其含量达到4mg/mL。
步骤2、以含有多巴胺的培养基培养细菌纤维素，在无菌条件下将木醋杆菌接种到含多巴胺的培养基中，静态培养5天，获得细菌纤维素水凝胶。
步骤3、将步骤2获得的细菌纤维素水凝胶浸泡于60℃的去离子水以去除残留的培养基，每隔2小时更换一次去离子水，至细菌纤维素水凝胶无气味。
步骤4、将步骤3获得的细菌纤维素水凝胶置于6g/L的NaOH溶液中于80℃下处理1h，去除木醋杆菌的同时使掺杂到细菌纤维素纳米纤维的多巴胺聚合成聚多巴胺，然后以去离子水清洗直至中性。
步骤5、冷冻干燥处理步骤4获得的细菌纤维素水凝胶，从而得到高致密细菌纤维素，经排液法测定实施例3获得的细菌纤维素的孔隙率为67％。
图4示出了实施例3制备所得细菌纤维素的(a)SEM照片和(b)FT-IR谱图。
从图1至图4的SEM照片和FT-IR谱图中，可以看出培养基中多巴胺的浓度是调控细菌纤维素致密度的因素，细菌纤维素的孔隙率随多巴胺浓度的提高而降低，即细菌纤维素的致密度随多巴胺浓度的提高而提高。然而，当多巴胺浓度超过4mg/mL时，细菌纤维素的致密度基本不再提高，故多巴胺上限浓度为4mg/mL。
综上，本发明制备方法通过向培养基中直接添加多巴胺，实现一步合成高致密细菌纤维素，获得的高致密细菌纤维素不但可以应用于血管补片、人工血管和覆膜支架。而且该制备方法还具有操作简单、成本低廉、环境污染较小及易实现规模化生产等显著优点。
尽管上面结合附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，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (2)
1.一种高致密细菌纤维素的制备方法，其特征在于，以含有多巴胺的培养基培养木醋杆菌，利用多巴胺加速木醋杆菌的分泌，促进细菌纤维素纳米纤维的形成，一步合成孔隙率为67％～73％的细菌纤维素；
多巴胺在培养过程中掺杂于细菌纤维素纳米纤维，后续纯化除菌过程中聚合成聚多巴胺，获得聚多巴胺修饰的细菌纤维素；
向培养基添加的多巴胺的含量为1-4mg/mL。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1、采用常规方法配制培养基，以冰醋酸将培养基的pH值调至4-5，置于115℃下高压灭菌30min，冷却至室温后添加多巴胺，并使其含量达到1-4mg/mL；
步骤2、以含有多巴胺的培养基培养细菌纤维素，在无菌条件下将木醋杆菌接种到含多巴胺的培养基中，静态培养2-6天，获得细菌纤维素水凝胶；
步骤3、将步骤2获得的细菌纤维素水凝胶浸泡于60℃的去离子水以去除残留的培养基，每隔2小时更换一次去离子水，至细菌纤维素水凝胶无气味；
步骤4、将步骤3获得的细菌纤维素水凝胶置于2-10g/L的NaOH溶液中于80℃下处理1-6h，去除木醋杆菌的同时使掺杂到细菌纤维素纳米纤维的多巴胺聚合成聚多巴胺，然后以去离子水清洗直至中性；
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| CN111303491A (zh) * | 2018-11-27 | 2020-06-19 | 南京理工大学 | 细菌纤维素/聚合多巴胺复合纳米材料的制备方法 |
| CN115634290A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-01-24 | 天津智鼎生物科技有限公司 | 一种具有光热-光动力协同抗菌活性的细菌纤维素复合膜及其制备方法 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Bacterial Cellulose: Production, Characterization, and Application as Antimicrobial Agent;Lahiri D等;《Int J Mol Sci》;第22卷(第23期);12984 * |
| Improving bacterial cellulose films by ex-situ and in-situ modifications: A Review;Patricia Caz´on等;《Food Hydrocolloids》;第113卷;106514 * |
| 不同添加剂对木醋杆菌发酵细菌纤维素的影响;钱子俊;张一瞳;刘鹏;欧阳嘉;;林业工程学报(第04期);全文 * |
| 木醋杆菌的培养基优化研究;杜晶晶;曹献英;林强;陈胜杰;胡凌俊;;纤维素科学与技术(第01期);全文 * |
| 细菌纤维素覆膜支架的制备及性能研究;杨正照;《第十三届全国生物力学学术会议论文摘要汇编》;251 * |
| 细菌纳米纤维素/ 聚多巴胺复合管作为小口径人工血管的潜力;刘亮等;《中国组织工程研究》;摘要，第3537页1.4.2 BNC/PDA 复合管的制备，第3540页图2，第3541页3 讨论部分第一段 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114438151A (zh) | 2022-05-06 |
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