一種細菌纖維素/富勒烯復合材料及其制備方法與流程
本發明涉及生物醫用材料領域，特別涉及一種細菌纖維素/富勒烯復合材料及其制備方法。
背景技術：
細菌纖維素是由D-吡喃葡萄糖單體以β-1,4-糖苷鍵連接而成的直鏈多糖能，直鏈間彼此平行，不呈螺旋結構，無分支結構。但是它的宏觀結構與普通植物纖維相比有很大的不同，具有特殊的結構和特性。細菌纖維素有獨特的絲狀纖維組成，纖維直徑在10nm-100nm之間，每一絲狀纖維由一定數量的微纖維組成，微纖維的大小與結晶度有關。細菌纖維素的結構隨菌珠種類和培養條件的不同而有所變化。雖然細菌纖維素在化學組成和化學結構上與普通的纖維素相同，但是由于各自具有不同的微觀結構而使得它們的理化特性有著很大的差異。與植物纖維素相比，細菌纖維素結構均一，具有高化學純度、高聚合度和高結晶度；納米三維網狀結構；高抗張強度和彈性模量；透氣性能好、持水能力強；較高的生物相容性、良好的適應性和生物可降解性；生物合成時的可調空性等獨特的性能。
富勒烯是一種由單一碳原子組成的球形分子，1985年首次被發現并于1990年被分離。富勒烯可用于DNA光清掃劑，抗-HIV蛋白酶抑制劑，抗菌劑以及用于光動力療法的光敏劑，因此在生物醫藥領域得到廣泛的關注。但是富勒烯在極性溶劑(如水，體液等)中的低溶解性大大限制了在生物醫藥領域的應用。
技術實現要素：
為了克服現有技術的上述缺點與不足，本發明的目的在于一種細菌纖維素/富勒烯復合材料的制備方法，使富勒烯良好地分散并嵌入細菌纖維素的三維納米網絡中，克服了細菌纖維素無抗菌性，富勒烯復合量過少等缺點，同時，保持了其優良的力學性能及良好的生物相容性，大大提高了其在生物醫用材料領域中的應用。
本發明的另一目的在于提供上述方法制備得到的細菌纖維素/富勒烯復合材料。
本發明的目的通過以下技術方案實現：
一種細菌纖維素/富勒烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：
(1)制備并純化細菌纖維素；
(2)制備納米富勒烯水體系分散液；
(3)步驟(1)中的細菌纖維素脫水后，加入步驟(2)制備的納米富勒烯水體系分散液復水，得到細菌纖維素/富勒烯復合材料。
步驟(3)所述步驟(1)中的細菌纖維素脫水后，加入步驟(2)制備的納米富勒烯水體系分散液復水，具體為：
將裁成圓片的細菌纖維素，室溫下脫水20％-50％，將脫水后的細菌纖維素膜平鋪在布氏漏斗上，加入富勒烯水體系分散液復水并反復抽濾，得到細菌纖維素/富勒烯復合材料。
步驟(1)所述制備并純化細菌纖維素，具體為：
將木醋桿菌菌種接種入種子培養基，以150-300rmp震蕩培養得到培養液；將該培養液搖勻，在27-30℃靜態培養制得細菌纖維素；制得的細菌纖維素用超純水充分清洗以除去表面雜質，再將細菌纖維素浸泡在0.1-0.3mol/L的堿溶液中煮沸0.5-1h除去蛋白，最后用超純水浸泡2-4天，每8-12h換一次水，至中性。
所述堿溶液為氫氧化鈉的水溶液或乙醇溶液。
所述種子培養基的成分為：500ml椰子汁或菠蘿汁中含葡萄糖8-16g，酵母提取粉3-8g，蛋白胨2-5g，硫酸鎂0.1-1.0g，無水氯化鈣0.05-0.5g。
制備納米富勒烯水體系分散液，具體為：
將富勒烯加入有機溶劑中，在惰性氣體保護下攪拌24-72h；抽濾除去未溶解的富勒烯，得到飽和的富勒烯有機溶劑溶液；取等量的超純水，在攪拌的過程中以0.2-2L/min的速度加入富勒烯溶液中，充分攪拌；所得溶液在45-80℃下旋蒸2-5小時除去溶液中的有機溶劑，所得溶液即為富勒烯水體系分散液。
所述有機溶劑為四氫呋喃或無水乙醇。
所述惰性氣體為氮氣或者氬氣；惰性氣體保護的方法為先向有機溶劑中通入惰性氣體以除去溶劑中的氧氣，加入富勒烯攪拌的同時，持續通入惰性氣體，直至攪拌結束。
所述富勒烯為C60為C70。
所述的制備方法得到的細菌纖維素/富勒烯復合材料，富勒烯納米顆粒均勻分布在細菌纖維素表面及網絡中。梁偉鴻-一種可見光藍光探測器模型及其設計方法-陳淑琦
與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果：
本發明的細菌纖維素/富勒烯復合材料的制備方法，通過失水復水法使富勒烯與細菌纖維素成功復合，制得的復合材料在克服細菌纖維素無抗菌性這一缺點，對金黃色葡萄球菌的抗菌率在2h達到最大值65.1％，同時保持了其優良的力學性能及良好的生物相容性，以細菌纖維素作為載體，提高了富勒烯的負載量，克服了富勒烯有機溶劑體系中有機溶劑對人體的傷害，以及富勒烯水分散體系中富勒烯含量過少的缺點，大大提高了其在生物醫用材料領域的應用。
附圖說明
圖1(a)～(b)為本發明的實施例1的細菌纖維素/富勒烯復合材料的表面電鏡圖；其中圖1(b)是圖1(a)的局部放大圖。
圖2為本發明的實施例1的細菌纖維素/富勒烯復合材料的拉曼圖譜。
圖3為本發明的實施例1的細菌纖維素/富勒烯復合材料對金黃色葡萄球菌的抑菌率柱狀圖。
具體實施方式
下面結合實施例，對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。
實施例1
步驟一、細菌纖維素的制備
制備方法：將木醋桿菌菌種接種入以果汁、高生物營養成分及微量元素配制的種子培養基，在200rmp，27℃條件下震蕩培養18h得到培養液。將該培養液搖勻，置于28℃的培養箱培養，待培養液消耗完全即可得到細菌纖維素。
本實施例的種子培養基的成分為：500ml椰子汁或菠蘿汁中含葡萄糖8g，酵母提取粉3g，蛋白胨2g，硫酸鎂0.1g，無水氯化鈣0.05g。
步驟二、細菌纖維素的純化
將步驟一中制得的細菌纖維素用超純水充分清洗以除去表面雜質，再將其置于0.1mol/L的氫氧化鈉水溶液中煮沸0.5h，而后用超純水浸泡3天，每12h換一次水，至中性，所得的純化后的細菌纖維素放入4℃冰箱保存備用。
步驟三、富勒烯水分散液的制備
取10mgC60加入500ml四氫呋喃中，在氮氣保護下攪拌24h。抽濾除去未溶解的C60，得到飽和的C60/四氫呋喃溶液。取500mL超純水，在攪拌的過程中以1L/min的速度加入C60/四氫呋喃溶液中，充分攪拌。所得溶液在55℃下旋蒸3小時除去溶液中的四氫呋喃，所得溶液即為富勒烯水體系分散液。
氮氣保護的方法為先向有機溶劑中通入氮氣以除去溶劑中的氧氣，加入富勒烯攪拌的同時，持續通入氮氣，直至攪拌結束。
步驟四、細菌纖維素/富勒烯復合材料的制備
將純化后的細菌纖維素裁成圓片，室溫下脫水20％后，平鋪在布氏漏斗上。加入步驟三制備的富勒烯水分散液復水并反復抽濾直至細菌纖維素膜由透明變為淡黃色直至淡棕色，即制得細菌纖維素/富勒烯復合材料。
本方法制得的細菌纖維素/富勒烯復合材料，富勒烯均勻分布并嵌入細菌纖維素網絡中，富勒烯顆粒平均粒徑為126.7nm，對金黃色葡萄球菌的抗菌率在2h達到最大值65.1％。
圖1(a)～(b)為本實施例的細菌纖維素/富勒烯復合材料的表面電鏡圖；其中圖1(b)是圖1(a)的局部放大圖。富勒烯顆粒良好的分散并嵌入細菌纖維素的三維網絡中。
圖2為本實施例的細菌纖維素/富勒烯復合材料的拉曼圖譜；富勒烯的拉曼特征峰出現在細菌纖維素/富勒烯復合材料的拉曼圖譜中，說明富勒烯與細菌纖維素成功復合。
圖3為實施例1細菌纖維素/富勒烯復合材料對金黃色葡萄球菌的抑菌率柱狀圖。細菌纖維素/富勒烯復合材料對金黃色葡萄球菌的抗菌率在2h達到最大值65.1％。
實施例2
步驟一、細菌纖維素的制備
制備方法：將木醋桿菌菌種接種入種子培養基，在150rmp，28℃條件下震蕩培養24h得到培養液。將該培養液搖勻，置于28℃的培養箱培養，待培養液消耗完全即可得到細菌纖維素。
本實施例的種子培養基的成分為：500ml椰子汁或菠蘿汁中含葡萄糖16g，酵母提取粉8g，蛋白胨5g，硫酸鎂1.0g，無水氯化鈣0.5g。
步驟二、細菌纖維素的純化
將步驟一中制得的細菌纖維素用超純水充分清洗以除去表面雜質，再將其置于0.2mol/L的氫氧化鈉水溶液中煮沸1h，而后用超純水浸泡4天，每8h換一次水，至中性，所得的純化后的細菌纖維素放入4℃冰箱保存備用。
步驟三、富勒烯水分散液的制備
取20mgC60加入1000ml無水乙醇中，在氬氣保護下攪拌36h。抽濾除去未溶解的C60，得到飽和的C60/乙醇溶液。取1000mL超純水，在攪拌的過程中以0.5L/min的速度加入C60/乙醇溶液中，充分攪拌。所得溶液在80℃下旋蒸2小時除去溶液中的乙醇，所得溶液即為富勒烯水體系分散液。
氬氣保護的方法為先向有機溶劑中通入氬氣以除去溶劑中的氧氣，加入富勒烯攪拌的同時，持續通入氬氣，直至攪拌結束。
步驟四、細菌纖維素/富勒烯復合材料的制備
將純化后的細菌纖維素裁成圓片，室溫下脫水50％后，平鋪在布氏漏斗上。加入步驟三制備的富勒烯水分散液復水并反復抽濾直至細菌纖維素膜由透明變為淡黃色直至淡棕色，即制得細菌纖維素/富勒烯復合材料。
本方法制得的細菌纖維素/富勒烯復合材料，富勒烯均勻分布并嵌入細菌纖維素網絡中，富勒烯顆粒平均粒徑為180.6nm，對金黃色葡萄球菌的抗菌率在2h達到最大值57.3％。
實施例3
步驟一、細菌纖維素的制備
制備方法：將木醋桿菌菌種接種入種子培養基，在300rmp，30℃條件下震蕩培養48h得到培養液。將該培養液搖勻，置于28℃的培養箱培養，待培養液消耗完全即可得到細菌纖維素。
步驟二、細菌纖維素的純化
將步驟一中制得的細菌纖維素用超純水充分清洗以除去表面雜質，再將其置于0.3mol/L的氫氧化鈉水溶液中煮沸0.5h，而后用超純水浸泡2天，每12h換一次水，至中性，所得的純化后的細菌纖維素放入4℃冰箱保存備用。
步驟三、富勒烯水分散液的制備
取15mgC70加入700ml四氫呋喃中，在氬氣保護下攪拌48h。抽濾除去未溶解的C70，得到飽和的C70/四氫呋喃溶液。取700mL超純水，在攪拌的過程中以2L/min的速度加入C70/四氫呋喃溶液中，充分攪拌。所得溶液在45℃下旋蒸5小時除去溶液中的四氫呋喃，所得溶液即為富勒烯水體系分散液。
步驟四、細菌纖維素/富勒烯復合材料的制備
將純化后的細菌纖維素裁成圓片，室溫下脫水35％后，平鋪在布氏漏斗上。加入步驟三制備的富勒烯水分散液復水并反復抽濾直至細菌纖維素膜由透明變為淡黃色直至淡棕色，即制得細菌纖維素/富勒烯復合材料。
本方法制得的細菌纖維素/富勒烯復合材料，富勒烯均勻分布并嵌入細菌纖維素網絡中，富勒烯顆粒平均粒徑為163.2nm，對金黃色葡萄球菌的抗菌率在2h達到最大值51.5％。
上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受所述實施例的限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
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