PL243532B1 - Sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy - Google Patents
Sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy Download PDFInfo
- Publication number
- PL243532B1 PL243532B1 PL439150A PL43915021A PL243532B1 PL 243532 B1 PL243532 B1 PL 243532B1 PL 439150 A PL439150 A PL 439150A PL 43915021 A PL43915021 A PL 43915021A PL 243532 B1 PL243532 B1 PL 243532B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- sub
- inoculum
- days
- minutes
- bnc
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 22
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 claims abstract description 19
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 claims abstract description 18
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 16
- 239000002609 medium Substances 0.000 claims abstract description 15
- 241001136169 Komagataeibacter xylinus Species 0.000 claims abstract description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 11
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 claims abstract description 10
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 claims abstract description 8
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 239000008103 glucose Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000001888 Peptone Substances 0.000 claims abstract description 5
- 108010080698 Peptones Proteins 0.000 claims abstract description 5
- 229940041514 candida albicans extract Drugs 0.000 claims abstract description 5
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 235000019319 peptone Nutrition 0.000 claims abstract description 5
- 239000013587 production medium Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012138 yeast extract Substances 0.000 claims abstract description 5
- 241001474750 Komagataeibacter Species 0.000 claims abstract description 4
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims abstract description 4
- BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L disodium hydrogen phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].OP([O-])([O-])=O BNIILDVGGAEEIG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L Magnesium sulfate Chemical compound [Mg+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] CSNNHWWHGAXBCP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 235000019800 disodium phosphate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910000397 disodium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 235000015165 citric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910052943 magnesium sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 235000019341 magnesium sulphate Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 abstract 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 14
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 241000222122 Candida albicans Species 0.000 description 7
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 6
- 241000702217 Pseudomonas virus phi6 Species 0.000 description 6
- 229920002749 Bacterial cellulose Polymers 0.000 description 5
- 239000005016 bacterial cellulose Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- -1 polypropylene Polymers 0.000 description 5
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 5
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000002837 Acetobacter xylinum Nutrition 0.000 description 3
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 description 3
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 3
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002873 Polyethylenimine Polymers 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 2
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 2
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- NOWKCMXCCJGMRR-UHFFFAOYSA-N Aziridine Chemical compound C1CN1 NOWKCMXCCJGMRR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000025721 COVID-19 Diseases 0.000 description 1
- 241001678559 COVID-19 virus Species 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000623 Cellulose acetate phthalate Polymers 0.000 description 1
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 1
- 241000191070 Escherichia coli ATCC 8739 Species 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 241001082241 Lythrum hyssopifolia Species 0.000 description 1
- OVRNDRQMDRJTHS-FMDGEEDCSA-N N-acetyl-beta-D-glucosamine Chemical group CC(=O)N[C@H]1[C@H](O)O[C@H](CO)[C@@H](O)[C@@H]1O OVRNDRQMDRJTHS-FMDGEEDCSA-N 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 241000589516 Pseudomonas Species 0.000 description 1
- 229920000297 Rayon Polymers 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000061456 Solanum tuberosum Species 0.000 description 1
- 235000002595 Solanum tuberosum Nutrition 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 description 1
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 1
- FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N [(2s,3r,4s,5r,6r)-2-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-trinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-3,5-dinitrooxy-6-(nitrooxymethyl)oxan-4-yl] nitrate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O1)O[N+]([O-])=O)CO[N+](=O)[O-])[C@@H]1[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O[C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 230000001147 anti-toxic effect Effects 0.000 description 1
- 244000052616 bacterial pathogen Species 0.000 description 1
- 230000000721 bacterilogical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229940095731 candida albicans Drugs 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004113 cell culture Methods 0.000 description 1
- 210000002421 cell wall Anatomy 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 229940081734 cellulose acetate phthalate Drugs 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000002537 cosmetic Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000012258 culturing Methods 0.000 description 1
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 235000011389 fruit/vegetable juice Nutrition 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010353 genetic engineering Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 239000003906 humectant Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000065 noncytotoxic Toxicity 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 239000008104 plant cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000002964 rayon Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 241001515965 unidentified phage Species 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
- B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
- B01D39/16—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres
- B01D39/18—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of organic material, e.g. synthetic fibres the material being cellulose or derivatives thereof
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Zoology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
Abstract
Przedmiotem zgłoszenia jest sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy, według wynalazku, polegający na przygotowaniu inokulum poprzez zaszczepienie na podłożu płynnym Hestrin-Schramm zawierającym glukozę, ekstrakt drożdżowy, pepton bakteryjny, kwas cytrynowy, Na<sub>2</sub>HPO<sub>4</sub>, MgSO<sub>4</sub> • H<sub>2</sub>O oraz alkohol etylowy, bakterii fermentacji octowej z rodzaju Komagataeibacter, korzystnie szczepem bakterii Komagataeibacter xylinus, następnie wymieszaniu przez 15 minut i inkubowaniu przez 7 dni w temperaturze 25 - 30°C, ponownym wymieszaniu przez 5 minut, i przeniesieniu tak otrzymanego inokulum w ilości 5 – 20% objętościowych do podłoża produkcyjnego i prowadzeniu hodowli stacjonarnej przez 4 - 20 dni w temperaturze 25 - 30°C, następnie oczyszczaniu za pomocą 0,1 M roztworu NaOH w 80°C przez 30 min i przepłukiwaniu wodą destylowaną do momentu ustabilizowania pH na poziomie 6,5 - 7,5, charakteryzuje się tym, że tak otrzymaną celulozę homogenizuje się, rozcieńcza wodą w stosunku wagowym 1 : 1 albo 2 : 1 albo 1 : 2, następnie zamraża i poddaje procesowi liofilizacji.
Description
Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy (BNC) wytwarzanej w warunkach hodowli stacjonarnej lub dynamicznej z wykorzystaniem szczepu z rodzaju Komagataeibacter (wcześniej Gluconacteobacter), korzystnie Komagataeibacter xylinus.
Wykorzystanie materiałów na bazie BNC w medycynie i innych gałęziach przemysłu jest możliwe dzięki takim jej właściwościom jak wysoka czystość, wytrzymałość mechaniczna, zdolność chłonięcia cieczy, nietoksyczność i biokompatybilność. Ponadto materiał uzyskiwany z BNC jest porowaty, elastyczny, w pełni biodegradowalny, łatwy w zastosowaniu i przechowywaniu, dodatkowo może być sterylizowany termicznie.
Struktura produkowanej BNC jest uzależniona od indywidualnych cech mikroorganizmu, chociaż jej właściwości takie jak elastyczność, zawartość wody, stopień polimeryzacji i krystalizacji w największym stopniu zależą od warunków hodowli, czasu jej trwania i składu stosowanego podłoża (różne źródła węgla i azotu). Parametry końcowe produktu decydują o możliwościach jego zastosowania w medycynie, kosmetyce, papiernictwie, elektronice, akustyce czy w przemyśle spożywczym. Poza zastosowaniem odpowiednich warunków hodowlanych podczas procesu produkcji BNC, istnieje wiele innych metod jej modyfikacji, w tym np. manipulacje genetyczne bakterii wytwarzających BNC lub modyfikacje wytworzonej BNC poprzez zastosowanie czynników chemicznych i/lub fizycznych. Sposoby biosyntezy, modyfikacji oraz zastosowania BNC opisane są w licznych zgłoszeniach patentowych.
Opis patentowy PL 185337 dotyczy sposobu wytwarzania BNC z zastosowaniem szczepu Acetobacter xylinum. Prezentowana metoda jest dwuetapowa, przy czym w pierwszym etapie przygotowania inokulum stosowana jest eza szczepu na 25-50 cm3 podłoża (czas inkubacji 40-48 h), zaś w drugim etapie przygotowania inokulum, pożywką z utworzoną na niej błoną, po intensywnym zmieszaniu, zaszczepia się podłoże (5-10% wag. zawiesiny na 200-300 cm3 podłoża; czas inkubacji 40-48 h). Zastosowanie tej metody pozwala na uzyskanie wysokokrystalicznej α-celulozy bakteryjnej w postaci folii o grubości 0,01-0,5 mm, o czystości wynoszącej ~97%, o stopniu polimeryzacji 2000-6000 oraz cechującej się wysoką jednorodnością i gęstością powierzchniową (22-24 g-m-2).
W opisie patentowym PL 190961 przedstawiono sposób wytwarzania modyfikowanej BNC na drodze hodowli bakterii kwasu octowego na podłożu płynnym opartym na glukozie i jej pochodnych, pozwalający na wytworzenie polimeru o kontrolowanej, założonej charakterystyce cząsteczkowej, nadcząsteczkowej morfologicznej oraz kontrolowanym wbudowaniu merów N-acetyloglukozoaminy w jego łańcuchy. Opisana metoda pozwala na uzyskanie α-celulozy z zastosowaniem metody statycznej (czystość >92%; wydajność 3 g-dm-3) i dynamicznej (czystość >88%; wydajność 1,2 g-dm-3).
Z opisu patentowego PL 212003 znany jest sposób otrzymywania BNC w warunkach hodowli stacjonarnej z zastosowaniem szczepu A. xylinum. Przed właściwą hodowlą produkcyjną stosuje się preinkubację całej objętości podłoża w warunkach stacjonarnych w czasie 24 h w temperaturze 27-33°C, po czym po dokładnym wymieszaniu podłoża i przelaniu do bioreaktorów w takich ilościach, aby stosunek powierzchni do objętości wynosił 0,6-0,8 cm-1, prowadzi się hodowlę produkcyjną właściwą w warunkach stacjonarnych w czasie 5-7 dni.
W zgłoszeniu patentowym PL 430888 przedstawiono sposób wytwarzania modyfikowanej BNC, który polega na impregnacji oczyszczonej BNC w mieszaninie 20% roztworu kwasu cytrynowego, a następnie przeprowadzeniu reakcji krzyżowego sieciowania w obecności 5-15% roztworu wodorofosforanu disodu i/lub wodorowęglanu sodu jako katalizatora (korzystnie w stosunku wagowym kwasu cytrynowego do katalizatora od 1:1 do 6:1, w temperaturze 120-200°C). Chemicznie modyfikowana poprzez reakcję krzyżowego sieciowania BNC, z zastosowaniem katalizatorów, charakteryzuje się zwiększoną porowatością oraz chłonnością.
W opisach wynalazków US 2006/1347 i WO 2004/50986 opisano dwuetapowy proces hodowli tego biomateriału zapewniający otrzymanie błony o gramaturze 10-45 g-m-2. W opisie wynalazku US 2009/0017506 omówiono otrzymywanie BNC z zastosowaniem A. xylinum w reżimie ciągłym (bez konieczności wymiany medium hodowlanego po jednym cyklu). W tym przypadku czas fermentacji trwa 24-456 h i zapewnia gramaturę błon w zakresie 6-240 g-m-2.
Pomimo opisanych powyżej sposobów otrzymywania BNC i możliwych aplikacji tego unikalnego biomateriału istnieje ciągła potrzeba doskonalenia jego właściwości w celu zwiększenia możliwości jego zastosowania w specyficznych aplikacjach medycznych i biotechnologicznych. Związane jest to z faktem, iż istniejące metody i technologie ciągle nie pozwalają osiągnąć maksymalnych, a często nawet wystarczających parametrów jakie można uzyskać w przypadku biomateriałów na bazie BNC, a tym samym w pełni wykorzystać ich potencjał aplikacyjny.
Ze względu na szerzącą się epidemię COVID-19, w Polsce, jak i w wielu innych krajach Europy i całego świata, wprowadzono obowiązek zasłaniania ust i nosa. Najpowszechniej stosowane są maseczki chirurgiczne jednorazowego użytku. Do produkcji membran filtracyjnych wykorzystywanych w maskach czy respiratorach wykorzystuje się syntetyczne włókna polimerowe, takie jak polipropylen (PP) (głównie), poli(tereftalan etylenu), poli(tetrafluoroetylen) i włókna poliwęglanowe (Junter i Lebrun, 2017). Modyfikacje tego rodzaju materiałów wymagają użycia wielu niebezpiecznych rozpuszczalników. Obecnie intensywnie poszukuje się materiałów bardziej przyjaznych dla środowiska, naturalnych i biodegradowalnych. Wiele obecnie proponowanych nowatorskich membran filtracyjnych opiera się na celulozie roślinnej. Tego typu membrany były testowane jako alternatywne filtry dla środków ochrony dróg oddechowych (Dato i in. 2006; Davies i in. 2013; Rengasamy i in. 2010). Okazuje się jednak, że filtracja powietrza poprzez membrany celulozowe jest mniej skuteczna w porównaniu do filtracji w mediach płynnych (Balaras i in. 2007). W celu zwiększenia efektywności procesu filtracji, proponowano różnego rodzaju modyfikacje chemiczne poprzez powlekanie materiału bazowego syntetycznymi polimerami np. poli(etylenoiminą) (PEI), wykorzystanie pochodnych celulozy tj. azotanu celulozy, mieszaniny estrów celulozy, trioctanu celulozy, octanoftalanu celulozy (US 2008/0295843 A1, US 8,678,002 B2;
2012/0060258 A1; US 2006/0021302 A1).
BNC jak dotąd była wykorzystywana głównie jako filtr do oczyszczania wody. Potwierdzono jej skuteczność filtracyjną względem zarówno bakterii jak i wirusów (Hassan i in., 2017; Isik i in., 2018; Oshima i in., 2008). Niewiele jest jednak doniesień dotyczących wykorzystania BNC jako filtru powietrza. W zgłoszeniu patentowym CN 101589854 A opisano metodę wytwarzania filtru na bazie BNC, który dodatkowo impregnowano nanocząstkami srebra. Rozwiązanie ujawnia maskę bakteryjno-celulozową z filtrem powietrza i sposób jej wytwarzania. Maska wykonana jest z wysuszonej celulozy bakteryjnej, która służy jako materiał na oprawę maski. Sposób przygotowania obejmuje następujące etapy: wybranie acetobacter xylinum jako szczepu typu i hodowanie acetobacter xylinum w celu uzyskania bakteryjnej błony celulozowej; a po namoczeniu membrany w ługu kwaśnym i ługu alkalicznym przemycie namoczoną membranę do stopnia zanieczyszczenia poniżej 0,5%, namoczenie membrany w roztworze nanosrebra, następnie wysuszenie membrany w trybie liofilizacji i uzyskanie maska bakteryjno-celulozowa z filtrem powietrza poprzez preparat złożony. Proces przygotowania jest prosty, działanie filtrujące maski można skutecznie poprawić stosując celulozę bakteryjną jako materiał, a właściwości bakteriobójcze i antytoksyczne maski są zwiększone przez zanurzenie w roztworze nanosrebra; a maska ma cechy niskiego kosztu produkcji, silną zdolność adsorpcji, wysoką aktywność bakteriobójczą, długi czas bakteriobójczy i tym podobne, i może skutecznie zmniejszać zużycie zasobów i chronić środowisko.
W zgłoszeniu patentowym JP 2011167226 A zaproponowano trójwarstwowy filtr z BNC, sztucznego jedwabiu oraz gąbki poliuretanowej. BNC dodatkowo impregnowano zeolitem srebra oraz środkiem utrzymującym wilgoć. W opisie wynalazku CN 102321261 A zaproponowano maskę z BNC impregnowaną chitozanem. Włókna BNC mieszano dodatkowo z polialkoholem winylowym), w celu poprawy wytrzymałości mechanicznej i przepuszczalności powietrza przez membranę. W tym kontekście niewiele jest doniesień literaturowych związanych z modyfikacjami materiałów filtracyjnych na bazie BNC.
Sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy, według wynalazku, polegający na przygotowaniu inokulum poprzez zaszczepienie na podłożu płynnym Hestrin-Schramm zawierającym glukozę, ekstrakt drożdżowy, pepton bakteryjny, kwas cytrynowy, Na2HPO4, MgSO4 H2O oraz alkohol etylowy, bakterii fermentacji octowej z rodzaju Komagataeibacter, korzystnie szczepem bakterii Komagataeibacter xylinus, następnie wymieszaniu przez 15 minut i inkubowaniu przez 7 dni w temperaturze 25-30°C, ponownym wymieszaniu przez 5 minut, i przeniesieniu tak otrzymanego inokulum w ilości 5-20% objętościowych do podłoża produkcyjnego i prowadzeniu hodowli stacjonarnej przez 4-20 dni w temperaturze 25-30°C, następnie oczyszczaniu za pomocą 0,1 M roztworu NaOH w 80°C przez 30 min i przepłukiwaniu wodą destylowaną do momentu ustabilizowania pH na poziomie 6,5-7,5, charakteryzuje się tym, że tak otrzymaną celulozę homogenizuje się, rozcieńcza wodą w stosunku wagowym 1:1 albo 2:1 albo 1:2, następnie zamraża i poddaje procesowi liofilizacji.
Otrzymany według wynalazku materiał ma właściwości, które ukierunkowują jego zastosowanie jako filtru o dowolnym kształcie i rozmiarze. Może on być wykorzystany jako warstwa filtracyjna w maseczkach chirurgicznych (jednorazowych) oraz jako wkład do filtrów oddechowych czy respiratorów klasy N95, FFP2 i FFP3 (wielorazowych), w tym w obudowach wykonanych techniką druku 3D. Ponadto, innowacyjny materiał na bazie modyfikowanej BNC może zostać wykorzystany jako element sytemu oczyszczania powietrza w pomieszczeniach zamkniętych, takich jak szpitale, kliniki, laboratoria, szkoły lub w innych ważnych obiektach ekonomiczno-gospodarczych (np. jako filtr przemysłowy). Jest on biokompatybilny, co oznacza, że nie wykazuje on efektu cytotoksycznego względem hodowli komórek in vitro. Otrzymany materiał jako filtr jest lekki, tani w produkcji i przyjazny dla środowiska (biodegradowalny).
Istotną zaletą rozwiązania według wynalazku jest ponadto możliwość wykorzystania odpadów przemysłu rolno-spożywczego jako nowych źródeł składników odżywczych dla bakterii syntetyzujących celulozę. Jako pożywkę produkcyjną można zastosować pozbawiony części stałych sok komórkowy z bulw ziemniaków, rozcieńczony wodą destylowaną w proporcji 3:1-1:3, tak jak to opisano opisanej w polskim zgłoszeniu patentowym P.433327.
Sposób według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania oraz na rysunku, przedstawiającym zdjęcia otrzymanych materiałów, przy czym fig. 1 przedstawia zdjęcie pulpy celulozowej rozcieńczonej wodą w stosunku wagowym 1:2, fig. 2 - zdjęcie pulpy celulozowej rozcieńczonej wodą w stosunku 1:1, fig. 3 - zdjęcie pulpy celulozowej rozcieńczonej wodą w stosunku 2:1.
Przykład 1
Przygotowano inokulum. W tym celu na podłożu H-S zaszczepiono bakterie K. xylinus. Podłoże H-S zawierało: glukozę (2 w/v%), ekstrakt drożdżowy (0,5 w/v%), pepton bakteryjny (0,5 w/v%), kwas cytrynowy (0,115 w/v%), Na2HPO4 (0,27 w/v%), MgSO4-H2O (0,05 w/v%). Podłoże było wysterylizowane oraz wzbogacone alkoholem etylowym (1 v/v%). Bakterie K. xylinus, przechowywane były na stałym podłożu o składzie: glukoza (2 w/v%), ekstrakt drożdżowy (0,5 w/v%), pepton bakteryjny (0,5 w/v%), kwas cytrynowy (0,115 w/v%), Na2HPO4 (0,27 w/v%), MgSO4-H2O (0,05 w/v%) agar bakteriologiczny (2 w/v%), również wysterylizowanym i wzbogaconym alkoholem etylowym (1 v/v%). Po zaszczepieniu bakterii hodowlę mieszano na wytrząsarce laboratoryjnej przez 15 minut i inkubowano przez kolejne 7 dni w temperaturze 25-30°C. Po 7 dniach inkubacji uzyskaną hodowlę ponownie mieszano na wytrząsarce typu worteks przez 5 minut. Otrzymane w ten sposób inokulum przenoszono na świeże podłoże produkcyjne oparte na glukozie i jej pochodnych (np. medium H-S o takim samym składzie jak podano powyżej). Hodowle produkcyjne prowadzono w pojemnikach hodowlanych o dowolnym kształcie i rozmiarze, korzystnie na tacach ze stali nierdzewnej, lub naczyniach laboratoryjnych (szklanych i plastikowych), wyposażonych w pokrywki posiadające filtry membranowe umożliwiających wymianę gazową w warunkach sterylnych (pory o średnicy 0,22 μm), w warunkach stacjonarnych lub dynamicznych (mieszanych/wytrząsanych) w temperaturze 25-30°C w czasie 4-20 dni.
Po zakończeniu hodowli uzyskany materiał zważono na wadze analitycznej, a następnie otrzymane membrany celulozowe przenoszono do czystych pojemników i przemywano wodą destylowaną. W kolejnym etapie celulozę oczyszczono poprzez inkubacje w 0,1 M wodnym roztworze NaOH w temperaturze 80°C przez 30 minut i ponownie ważono. Oczyszczoną celulozę płukano w wodzie destylowanej do momentu ustabilizowania pH na poziomie 6,5-7,5. Następnie, celulozę homogenizowano z wykorzystaniem blendera i rozcieńczano wodą w stosunku wagowym 1:1. Następnie pulpę celulozową rozlewano na tace o wymiarach 10 x 10 cm, przenoszono do zamrażarki, inkubowano w temp. -18°C do momentu całkowitego zamrożenia (ok. 24 h) i liofilizowano.
Na podstawie pomiarów wykonanych wg normy PN-EN 149+A1:2009 Sprzęt ochrony układu oddechowego. - półmaski filtrujące do ochrony przed cząstkami - wymagania, badanie, znakowanie ustalono, że materiały na bazie BNC wytworzone metodą według wynalazku charakteryzowały się oporami przepływu powietrza wynoszącymi 0,10 kPa przy przepływie 35 L/min oraz 0,63 kPa przy przepływie 95 L/min.
Właściwości adsorpcyjne i filtracyjne materiałów na bazie BNC analizowano według normy ISO 14683+AC:2019-09 Maski medyczne - Wymagania i metody badań. Wymagania i metody badań względem bakterii patogennych zróżnicowanych po względem kształtów, rozmiarów oraz budowy ściany komórkowej: Gram dodatnie ziarniaki Staphyloccocus aureus ATCC 6538, Gram ujemne pałeczki Escherichia coli ATCC 8739, a także grzyby Candida albicans ATCC 10231 oraz bakteriofaga Pseudomonas phi6, który ze względu na swój rozmiar i otoczkę białkową stanowi modelowy mikroorganizm rekomendowany w badania dotyczących wirusa SARS-CoV-2. Ustalono, że filtry na bazie BNC wykazywały właściwości adsorbcyjne na poziomie 75% względem bakterii S. aureus i E. coli, 63% względem drożdży C. albicans oraz 86% względem bakteriofaga phi6, natomiast skuteczność filtracji wynosiła 95% w przypadku S. aureus oraz E. coli i 100% w przypadku C. albicans oraz bakteriofaga phi6.
Przykład 2
Sposób jak w przykładzie pierwszym, z tym, że otrzymaną pulpę celulozową rozcieńczano wodą w stosunku wagowym 2:1. W wyniku zastosowania niższego rozcieńczenia pulpy celulozowej, otrzymany materiał filtracyjny charakteryzował się skutecznością adsorpcji na poziomie 80% względem bakterii S. aureus i E. coli, 68% względem drożdży C. albicans oraz 90% względem bakteriofaga phi6. Skuteczność filtracji wynosiła 85% w przypadku S. aureus i E. coli i 100% w przypadku C. albicans oraz bakteriofaga phi6, natomiast opór powietrza wynosił 0,30 kPa przy przepływie 35 L/min oraz 1,44 kPa przy przepływie 95 L/min.
Przykład 3
Sposób jak w przykładzie pierwszym, z tym, że otrzymaną pulpę celulozową rozcieńczano z wodą w stosunku wagowym 1:2. W wyniku zastosowania większego rozcieńczenia pulpy celulozowej otrzymany materiał filtracyjny charakteryzował się skutecznością adsorpcji na poziomie 65% względem bakterii S. aureus i E. coli, 55% względem drożdży C. albicans oraz 70% względem bakteriofaga phi6. Skuteczność filtracji wynosiła 70% w przypadku S. aureus i E. coli i 90% w przypadku C. albicans oraz bakteriofaga phi6. Opór powietrza wynosił 0,07 kPa przy przepływie 35 L/min oraz 0,28 kPa przy przepływie 95 L/min.
Claims (1)
1. Sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy polegający na przygotowaniu inokulum poprzez zaszczepienie na podłożu płynnym Hestrin-Schramm zawierającym glukozę, ekstrakt drożdżowy, pepton bakteryjny, kwas cytrynowy, Na2HPO4, MgSO4 H2O oraz alkohol etylowy, bakterii fermentacji octowej z rodzaju Komagataeibacter, korzystnie szczepem bakterii Komagataeibacter xylinus, następnie wymieszaniu przez 15 minut i inkubowaniu przez 7 dni w temperaturze 25-30°C, ponownym wymieszaniu przez 5 minut, i przeniesieniu tak otrzymanego inokulum w ilości 5-20% objętościowych do podłoża produkcyjnego i prowadzeniu hodowli stacjonarnej przez 4-20 dni w temperaturze 25-30°C, następnie oczyszczaniu za pomocą 0,1 M roztworu NaOH w 80°C przez 30 min i przepłukiwaniu wodą destylowaną do momentu ustabilizowania pH na poziomie 6,5-7,5, znamienny tym, że tak otrzymaną celulozę homogenizuje się, rozcieńcza wodą w stosunku wagowym 1:1 albo 2:1 albo 1:2, następnie zamraża i poddaje procesowi liofilizacji.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439150A PL243532B1 (pl) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL439150A PL243532B1 (pl) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL439150A1 PL439150A1 (pl) | 2023-04-11 |
| PL243532B1 true PL243532B1 (pl) | 2023-09-04 |
Family
ID=85983068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL439150A PL243532B1 (pl) | 2021-10-07 | 2021-10-07 | Sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL243532B1 (pl) |
-
2021
- 2021-10-07 PL PL439150A patent/PL243532B1/pl unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL439150A1 (pl) | 2023-04-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang et al. | Using in situ dynamic cultures to rapidly biofabricate fabric-reinforced composites of chitosan/bacterial nanocellulose for antibacterial wound dressings | |
| CN102533904B (zh) | 一种快速规模化制备细菌纤维素复合材料的方法及其装置 | |
| Hong et al. | Preliminary study on biosynthesis of bacterial nanocellulose tubes in a novel double‐silicone‐tube bioreactor for potential vascular prosthesis | |
| Zhu et al. | Characterization of bacteriostatic sausage casing: A composite of bacterial cellulose embedded with ɛ-polylysine | |
| US5104649A (en) | Surface-functionalized biocidal polymers | |
| Zorzi Bueno et al. | Development of porous lamellar chitosan‐alginate membranes: Effect of different surfactants on biomaterial properties | |
| CN101509025A (zh) | 细菌纤维素复合材料的制备方法 | |
| Li et al. | Fabrication of regenerated cellulose membranes with high tensile strength and antibacterial property via surface amination | |
| Liu et al. | BSA-modified polyethersulfone membrane: preparation, characterization and biocompatibility | |
| CN115975242B (zh) | 一种生物相容的杀菌抗粘pet材料及其制备方法与应用 | |
| CN101424047A (zh) | 一种通过固定化溶菌酶对织物进行抗菌整理的方法 | |
| CN108102391A (zh) | g-C3N4复合型可食用抗菌膜及其制备方法 | |
| US20220348975A1 (en) | Apparatus and method for producing a bacterial cellulose composite having a core-shell structure by dynamic fermentation | |
| Żywicka et al. | Argon plasma-modified bacterial cellulose filters for protection against respiratory pathogens | |
| de Olyveira et al. | Bacterial nanocellulose for medicine regenerative | |
| Yildirim et al. | A study on physical, morphological and antibacterial properties of bio polymers reinforced polyvinyl acetate foams | |
| Li et al. | Efficient dye removal and antibacterial activity of imidazole-crosslinked Chitosan hydrogel for wastewater treatment | |
| CN105384957B (zh) | 一种基于细菌纤维素的有序纳米纤维膜的制备方法 | |
| CN104262662B (zh) | 一种提高细菌纤维素膜塑性和柔韧性的方法 | |
| Bayazidi et al. | Immobilized lysozyme onto bacterial cellulose nanofibers as active and reinforcing agent of sodium caseinate based films: physical characteristics and antimicrobial activity | |
| Sharma et al. | Evaluation of physicochemical and biological properties of chitosan/poly (vinyl alcohol) polymer blend membranes and their correlation for Vero cell growth | |
| PL243532B1 (pl) | Sposób wytwarzania biodegradowalnych materiałów filtracyjnych na bazie bionanocelulozy | |
| KR100423092B1 (ko) | 혼합배양에 의한 미생물 셀룰로오스의 생산방법 | |
| CN108744995B (zh) | 一种抗菌复合中空纤维膜及其制备方法 | |
| Betlej | Studies on the diversity of substrate composition in the culture medium of Kombucha microorganisms and its influence on the quality of synthesized cellulose |