发明领域
本发明涉及生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法，纳米原纤纤维素水凝胶，纳米原纤纤维素水凝胶的用途，用于生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统，以及高压机械崩解设备的应用。
背景
已经发现纳米原纤纤维素水凝胶可以用于各种用途，例如用于化妆品、药品和作为细胞培养的生长培养基。但是，这些用途通常需要水凝胶是经过消毒或灭菌的。而水凝胶的其它性质不能受到灭菌的影响。
通常，灭菌效率定义为除去或破坏所有形式的微生物生命，包括作为营养形式或孢子的病毒、细菌和真菌的能力。但是，由于无法验证绝对无菌性，所以在实践中使用无菌的统计学定义。例如，安全保证水平(sal)定义为“灭菌后在产品中或产品上发生单个活微生物的概率”。全球公认的医疗器械无菌的定义为在医疗器械中或医疗器械上发现活微生物的机会最多为1/1000000或最多10-6的sal。
例如，通过使纳米原纤纤维素水凝胶在121℃的温度下过度高压灭菌20分钟可以减少或消除该水凝胶中活微生物的数量。这种过度高压灭菌(overkillautoclaving)是相当有效的，因为纳米原纤纤维素水凝胶中活微生物的数量通常可以降低至少1012倍。但是，过度高压灭菌也有一些缺点，因为它会对水凝胶的性质造成负面影响。并且，该方法是耗费劳力的，必需间歇进行。此外，进行过度高压灭菌通常需要松开高压灭菌容器的盖子以防止沸溢和破损，在容器及其含有的物质冷却后，需要旋紧盖子，因为容器中蒸汽冷却造成的真空可能导致盖子或容器破碎，从而导致污染风险。
因此，本发明人已经认识到，需要一种生产纳米原纤纤维素水凝胶使其适用于其它用途的方法。
技术实现要素：
所述方法的特征如权利要求1所述。
纳米原纤纤维素水凝胶的特征如权利要求17所述。
纳米原纤纤维素水凝胶在治疗中的用途的特征如权利要求23所述。
纳米原纤纤维素水凝胶的用途的特征如权利要求24和25所述。
用于生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统的特征如权利要求26所述。
高压机械崩解设备在生产纳米原纤纤维素水凝胶中的应用的特征如权利要求31所述。
附图简要说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图构成说明书的一部分，举例说明一些实施方式，与说明书一起帮助解释本发明的原理。在附图中：
图1显示依据一个实施方式的生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统。
发明详述
一种生产纳米原纤纤维素水凝胶的方法包括：
得到漂白的纤维素浆料纤维，并提供其水性悬浮液；和
使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少102倍；
其中，该方法在得到漂白的纤维素浆料纤维后的所有步骤都在iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件下进行。
除非另有说明，在本说明书中，表述“纳米原纤纤维素”或“nfc”应理解为是指由基于纤维素的原料得到的分离的纤维素纳米原纤(cnf)和/或纳米原纤束的集合。
纳米原纤通常具有高的纵横比。长度可超过1微米而直径通常低于200nm。最小的纳米原纤类似于所谓的初级原纤，通常其直径约为2-12nm。原纤或原纤束的尺寸取决于原料和崩解方法。纳米原纤纤维素的数均直径可以为1-100nm，例如1-50nm，或2-15nm。通常，天然(非衍生的)级别具有较大的直径和较宽的原纤尺寸分布，而衍生(例如，阴离子，阳离子)的级别具有较小的直径和较窄的尺寸分布。可用多种技术，例如使用显微镜确定原纤的直径。可通过对场致发射扫描电子显微镜(fe-sem)、透射电子显微镜(tem)(例如低温透射电子显微镜(cryo-tem))或原子力显微镜(afm)获得的图像进行图像分析来测定原纤厚度和宽度分布。通常，afm和tem最合适具有窄原纤直径分布的nfc级别。
可由基于纤维素的原料得到纤维素浆料纤维。除非另有说明，在本说明书中，表述“基于纤维素的原料”应理解为是指含纤维素的任意原料源，由该原料源可以生产纤维素浆料纤维以及随后的纳米原纤纤维素。
原则上，基于纤维素的纤维材料可基于含纤维素的任意植物材料。所述植物材料可以是木材。木材可以来自软木树如云杉、松树、冷杉、落叶松、花旗松或铁杉，或来自硬木树如桦树、白杨、杨树、桤木、桉树或刺槐，或者来自软木和硬木的混合物。非木材材料可以源自农业残留物、草或其他植物物质，例如从棉花、玉米、小麦、燕麦、黑麦、大麦、稻、亚麻、大麻、马尼拉麻、剑麻、黄麻、苎麻、洋麻、西沙尔麻落麻(bagasse)、竹或芦苇得到的秸秆、树叶、树皮、种子、壳、花、蔬菜或果实。根据原材料来源不同，例如硬木(hw)和软木(sw)浆液，最终nfc产品中存在不同的多糖组成。纳米原纤纤维素可含有各种量的半纤维素和木质素，具体取决于植物源和制浆条件。例如，漂白的桦木浆料具有高木糖含量(25重量％)和可忽略的木质素含量。纳米原纤纤维素总是不同多糖结构的复杂混合物。
基于纤维素的纤维材料可通过利用化学、机械、热机械或化学热机械制浆工艺(例如牛皮纸法制浆，硫酸盐法制浆，碱法制浆，有机溶剂法制浆)和常规的漂白工艺从原料中分离纤维素纤维来形成。基于纤维素的纤维材料不含大量木质素，或者仅含有痕量的木质素或无法检测量的木质素。因此，nfc也是基本无木质素的。
纳米原纤纤维素的特点是极高的保水值，高度化学可及性和在水中或其它极性溶剂中形成稳定凝胶、水凝胶的能力。纳米原纤纤维素产品通常是高原纤化的纤维素的致密网络。在水性环境中，纤维素纳米纤维的分散体形成粘弹性水凝胶网络。该水凝胶由分散和水合的缠结原纤在相对低浓度(例如0.05至0.2％(w/w))下形成。
纤维素浆料在纤维素中包含晶体和无定形区域。用作原料的纤维素浆料的结晶度可以为至少50％。合适地，纤维素浆料的结晶度至少为55％，例如至少为60％，或至少为65％，或至少为70％。合适的nfc结晶度值的例子包括50-85％，例如60％-80％，或65-75％。nfc主要由i型纤维素组成。
除非另有说明，在本说明书中，表述“水凝胶”或“纳米原纤纤维素水凝胶”应理解为是指具有连续或非连续凝胶结构的纳米原纤纤维素的水性分散体。术语“非连续”凝胶结构应理解为是指破碎为连续凝胶结构片的连续凝胶。可通过将纳米原纤纤维素与例如水、缓冲溶液、细胞培养基或任何其它水性溶液(任选补充有添加剂)组合来形成水凝胶。纳米原纤纤维素水凝胶的储能模量(g’)值大于其损耗模量(g”)值，并且在至少达到10％应变值下，它们的比值损耗角正切(g”/g’)小于1。
可通过流变仪的动态振荡模式的频率扫描(应变1％和10％，频率0.1-100，温度25℃)来确定nfc水凝胶的粘弹性质储能模量g’、损耗模量g”和损耗角正切(g”/g’)。在0,001–100pa的剪切应力范围内，在0.1hz频率、25℃和ph7下测量应力扫描。为了表征纳米原纤纤维素级别的凝胶形成能力，测量在0.5重量％、1％应变、0.1hz频率的条件下进行。为了确定某种材料是否是凝胶，即其损耗角正切是否小于1，按照相同的方式但是材料的稠度不同(即在进行测量之前材料不进行稀释)来进行测量。在水中0.5重量％浓度时，氧化的纳米原纤纤维素水凝胶的储能模量可以为1-100pa，通常储能模量为2-50pa，或5-20pa。天然纳米原纤纤维素水凝胶的储能模量可以为0.3-20pa。在水中0.5重量％浓度时，储能模量通常为1-10pa，或1-5pa。
所述方法可以是产生无菌或基本无菌的纳米原纤纤维素水凝胶的方法。
除非另有说明，在本说明书中，表述“无菌”应理解为是指基本不含活微生物的纳米原纤纤维素水凝胶或其它物质、材料、组合物或组分。因为在实践中难以证明纳米原纤纤维素水凝胶事实上是绝对无菌的，可以基于测量菌落形成单位的数目来测量纳米原纤纤维素水凝胶中存在的活微生物的数目来定义无菌。
在本说明书中，术语”菌落形成单位”或”cfu”应含义理解为对样品中活微生物数量的量度或评估，如同其在微生物学中常用的。相当于在向微生物生长培养基中引入一个或多个微生物后形成单个宏观菌落。评估菌落形成单位的手段和方法是微生物学领域中众所周知的。可通过在生长培养基上培养来确定纳米原纤纤维素水凝胶中是否存在活微生物。确定菌落形成单位的数目的几种方案都是可行的。
在一个实施方式中，通过制备一系列稀释的水凝胶并将该一系列稀释的水凝胶涂布在单独的用于需氧细菌(需氧菌平板计数)和用于酵母菌和霉菌的petrifilm板(3m)上来确定每克纳米原纤纤维素水凝胶的菌落形成单位的数目。使用于需氧细菌的板在37℃生长2天，用于酵母菌和霉菌的板在30℃生长3–5天，然后对菌落计数。通过在平板计数琼脂上于37℃温度下培养样品三(3)天来确定需氧异养生物的菌落形成单位的数目。或者，可通过在马铃薯葡萄糖琼脂上于25℃的温度培养五(5)天来确定酵母菌和/或真菌的存在。在测量之前，将样品稀释十倍。可以通过在用于厌氧细菌计数的布鲁尔厌氧琼脂上在30℃的温度下在厌氧条件下培养三(3)天来确定厌氧微生物的存在。在测量之前，将样品稀释十倍。
在一个实施方式中，根据标准iso8784-1(浆料、纸和纸板–微生物检验。第1部分：基于崩解的细菌、酵母菌和霉菌的总计数(pulp,paperandboard–microbiologicalexamination.part1:totalcountofbacteria,yeastandmouldbasedondisintegration))确定菌落形成单位的数目。结果以每克样品的菌落形成单位的数目给出。
在一个实施方式中，可根据uspxxiv71章的无菌测试在37℃孵化14天来测量每克纳米原纤纤维素水凝胶的活微生物的菌落形成单位的数目。
无菌纳米原纤纤维素水凝胶可包含少于1cfu、或少于10-1cfu、或少于10-2cfu、或少于10-3cfu、或少于10-4cfu、或少于10-5cfu、或少于10-6cfu的活微生物/克纳米原纤纤维素水凝胶。术语”活微生物”指相同或不同物种或菌株的一种或多种活微生物。换言之，如果纳米原纤纤维素水凝胶包含小于10-6cfu的活微生物/单位纳米原纤纤维素水凝胶，则在一百万单位纳米原纤纤维素水凝胶中有不超过一个活微生物的概率；或者小于一百万之一生产的纳米原纤纤维素水凝胶单位有不是绝对不含活微生物的风险。该单位可以是一克纳米原纤纤维素水凝胶。该单位也可以是含有1g、5g或10g纳米原纤纤维素水凝胶的包装。该单位还可以是在一个或多个孔中含纳米原纤纤维素水凝胶的多孔板，或者是多孔板的含纳米原纤纤维素水凝胶的单个孔。
因此，无菌纳米原纤纤维素水凝胶可包含少于1cfu、或少于10-1cfu、或少于10-2cfu、或少于10-3cfu、或少于10-4cfu、或少于10-5cfu、或少于10-6cfu的活微生物/克纳米原纤纤维素水凝胶。换言之，如果纳米原纤纤维素水凝胶包含少于10-6cfu的活微生物/克纳米原纤纤维素水凝胶，则在一百万克纳米原纤纤维素水凝胶中有小于1个活微生物的概率。
纳米原纤纤维素水凝胶所需的无菌度取决于例如其目标用途。
在本说明书中，术语”灭菌”或”灭菌处理”可指任何能破坏所有生命形式(特别是微生物)和灭活病毒的物理或化学处理。灭菌处理或方法可不同程度地破坏生命形式，具体取决于条件和微生物。例如，在约121℃的温度和高压下高压灭菌约15-20分钟通常是过度灭菌处理，能将活微生物的数量降低至少1012倍。因此，该处理可以被认为是过度高压灭菌处理。
纤维素纤维无需是漂白的，即原则上可使用任何纤维素纤维，而不必需是漂白的纤维素纤维。但是，漂白纤维素纤维能够减少纤维素中存在的活微生物的数量，所述纤维素纤维的漂白例如在化学纸浆厂中进行，在此漂白可以是同时包含酸性和碱性阶段的氧化过程。当在漂白后得到纤维素浆料纤维时，纤维素浆料纤维中存在的活微生物的数量通常很少或极少。得到漂白的纤维素浆料纤维的条件可以是使得在处理过程中活微生物不被引入纤维素浆料纤维、其水性悬浮液和/或纳米原纤纤维素水凝胶中。
在本说明书中，术语“漂白的纤维素浆料纤维”指可由化学制浆工艺得到的纤维素浆料纤维，其中该纤维素浆料纤维已经经历过至少一个漂白阶段或处理。
原则上，该术语指由漂白阶段中的任何阶段得到的经过漂白的纤维素浆料纤维。漂白的纤维素浆料纤维还可从紧跟漂白阶段之后的任何阶段得到。漂白阶段可以是碱性或酸性的。通常漂白阶段可包括酸性a阶段，之后为d阶段，二者之间无洗涤阶段(称为a/d1漂白阶段)。
漂白的纤维素浆料纤维可从a、d、d1、a/d或a/d1漂白阶段得到。“a”应理解为表示酸性漂白阶段。“d”应理解为表示二氧化氯漂白阶段。a、d和d1阶段可为彼此分开的阶段；但本文各a、d和d1阶段应理解为漂白阶段。
例如，漂白的纤维素浆料纤维可从酸性和二氧化氯漂白阶段之后的最后的洗涤阶段得到。
漂白的纤维素浆料纤维可例如通过取样设备得到，取样设备例如是水龙头或阀门。来自造纸厂纤维生产线的经过漂白的纤维素浆料纤维经过该取样设备通入容器和/或管路中。这些取样设备、容器和/或管路可进行处理，例如进行灭菌，以最大程度地减少活微生物体的存在。因为造纸厂的纤维生产线可能不在无菌条件下运行，所以漂白的纤维素浆料纤维可从造纸厂的纤维生产线获得，以最大程度地降低微生物污染，例如经由取样设备到达经过消毒或灭菌的容器，并在漂白的纤维素浆料纤维在此处收集后立即关闭容器。
如果添加液体(例如水或水性溶液)以提供水性悬浮液，则该液体可以是无菌的，例如无菌水或无菌水性溶液。水还可以是蒸馏的或去离子的。无菌蒸馏水或去离子水不会引入大量活微生物到悬浮液中，与例如无菌自来水相比，可以使纤维素浆料纤维崩解为纳米原纤纤维素更容易进行。
在本说明书中，iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件指归为且可重复性地符合至少iso8级别、或至少iso7、或至少iso6、或至少iso5、或至少iso4、或至少iso3、或至少iso2、或iso1的洁净室级别(iso14644-1洁净室标准)。因此，比iso14644-1洁净室标准的iso8条件更严格的条件指iso14644-1洁净室标准的至少iso7的条件，例如iso7、iso6、iso5、iso4、iso3、iso2或iso1的条件。这些条件的目的是最大程度地降低或防止活微生物引入或污染工艺，与漂白的纤维素浆料纤维或含所述漂白的纤维素浆料纤维的悬浮液接触，以及与纳米原纤纤维素水凝胶接触。
在本说明书中，iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件可包括在提供漂白的纤维素浆料纤维之后在具有受控水平的微生物或颗粒污染的环境中进行所有步骤，所述环境例如是洁净室或建筑物，或其隔离部分，包含其中空气供应、材料和设备都受到管理以控制微生物和颗粒污染的处理室。也可以使用iso14644-1洁净室标准的iso5或更严格的条件，或iso4，或iso3，或iso2，或iso1。
对具有受控水平的微生物和颗粒污染的环境进行设计或调整、维持和控制，以防止被处理的纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素水凝胶发生颗粒和微生物污染。例如，进入环境的流通空气可进行过滤。对环境的要求可取决于方法的其它条件，例如，如果方法不是完全封闭的，环境对微生物和颗粒污染的要求更高。
该方法还可包括使用无菌技术来处理和操作纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素水凝胶以及任何与纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素水凝胶接触的材料。
在提供漂白的纤维素浆料纤维的水性悬浮液后，可在封闭的环境中进行以下处理步骤，这样使用无菌连接(例如管道)将纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素水凝胶从一个处理步骤转移到下一个处理步骤。
该方法还可包括使用用于生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统的组件，例如容器、反应器、泵和连接件，这些组件配置为与净化的(例如灭菌的)纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素接触。所述组件可提供它们内部与外部环境绝对的连续的隔离。
该方法还可包括使用液体、试剂或添加剂(例如水)用于洗涤或稀释纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素水凝胶，它们与经过灭菌的(即无菌的)纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素水凝胶接触或添加到其中。所述试剂或添加剂可以是无菌或基本无菌的。例如，可使用高压灭菌或无菌过滤的水。
该方法在提供漂白的纤维素浆料纤维之后的所述所有步骤包括使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少102倍。还可以包括任何后续的任选的处理步骤，例如洗涤、任何其它净化处理和封装。
该方法还可包括在进行高压机械崩解之前用无菌液体洗涤纤维素浆料纤维。无菌液体可以是例如无菌水或无菌水溶液。水还可以是蒸馏的或去离子的。无菌蒸馏水或去离子水不会引入大量活微生物到悬浮液中，与例如无菌自来水相比，可以使纤维素浆料纤维崩解为纳米原纤纤维素更容易进行。洗涤还能减少漂白的纤维素浆料纤维的悬浮液中存在的活微生物的数量。例如，可通过在压滤机中增稠纤维素浆料纤维的悬浮液并将纤维素浆料纤维再分散到无菌液体中来进行洗涤。
该方法还可包括在进行高压机械崩解之前调节悬浮液中纤维素浆料纤维的浓度(即稠度)。例如，当将得到的崩解的纳米原纤纤维素水凝胶可能对于进料或泵送太稠时，可以调节纤维素浆料纤维的浓度。浓度可以调节到例如等于或小于3％(w/w)或2％(w/w)的浓度。如果通过在纳米原纤纤维素水凝胶中添加液体来进行调节，则液体可以是无菌液体。
该方法还可包括在进行高压机械崩解之前预精制纤维素浆料纤维以打碎纤维素浆料纤维。预精制可使用机械预精制设备进行，例如pfi磨机，精制机，例如使用原纤化叶片的voith精制机，或研磨机。预精制的技术效果是将纤维素浆料纤维机械打碎。在预精制过程中纤维素浆料纤维并未完全原纤化，但是纤维素浆料纤维的结构打碎到一定程度(即部分地)，因此可以防止用于高压机械崩解纤维素浆料纤维的崩解设备发生堵塞。预精制还可以在一定程度上减少活微生物的数量。预精制也可以在iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件下进行。用于预精制纤维素浆料纤维的手段或设备也可以是经过净化或灭菌的，即基本上是无菌的。
该方法还可包括在预精制和/或进行高压机械崩解之前对漂白的纤维素浆料纤维进行离子交换处理。
漂白的纤维素浆料纤维的水性悬浮液的固体物质含量可以为0.1-20重量％，合适的为0.5-3重量％。通过将纤维素浆料纤维的水性悬浮液经过温和的酸处理，以去除带正电荷的离子，之后用含有限定的带正电荷的离子的碱处理用于取代早先的离子，来进行离子交换。进行过离子交换的纤维素浆料纤维的悬浮液随后可进行预精制和高压机械崩解。纤维素浆料中存在的至少一部分羧基的离子交换例如优选用na+进行，包括使用无机酸或有机酸将纤维素浆料纤维的水性悬浮液的ph调节到低于5.0、或低于4.0的数值；除水以产生固体物质，用水洗涤固体物质，形成固体物质的水性悬浮液；向所形成的悬浮液中添加至少一种nh4+、碱金属或碱土金属或金属的水溶性盐；用无机碱将悬浮液的ph调节到高于7.0的数值；除水以产生固体物质，用水(优选蒸馏水或去离子水)洗涤固体物质，以产生经过离子交换的纤维素浆料；形成经过离子交换的纤维素浆料的水性悬浮液。
在所述离子交换处理中，以一定的量使用nh4+、碱金属、碱土金属或金属的水溶性盐，得到0.001至0.01m(0.1至1mol/kg纤维或固体材料)，尤其是0.002至0.008m的浓度。在离子交换处理中，悬浮液中固体物质的含量范围可以是0.1至20重量％，或0.5至3重量％。无机或有机酸可以为易于洗去、不在产物中留下不需要的残留物并且具有-7到7的pka值的酸。有机酸可以选自短链羧酸，诸如乙酸、甲酸、丁酸、丙酸、草酸和乳酸。术语“短链羧酸”指c1-c8酸。无机酸可选自盐酸、硝酸、氢溴酸和硫酸。可以以0.001至5m水性溶液的稀释形式使用酸，其可以方便地加入悬浮液中。酸的添加时间可以为0.2至24小时。可用酸将ph调至低于5.0，或低于4.0，或低于3.0的数值。在该离子交换处理中使用的水可以是无菌自来水、无菌蒸馏水、无菌去离子水、或无菌纯水。在酸处理后可以用水洗涤固体物质1至5次，或2至3次以去除过量的酸。nh4+、碱金属、碱土金属或金属(例如nh4+、na、k、li、ag和cu)的水溶性盐可以选自nh4+、碱金属、碱土金属或金属的无机盐、配合物和与有机酸形成的盐。无机盐可以为硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐或碳酸氢盐，例如nahco3、kno3或agno3。无机碱可选自naoh、koh、lioh和nh3。可以用无机碱将悬浮液的ph调节到高于7，例如7.5-12，或8-9。在用无机碱调节ph后，可进行除水，用蒸馏水或去离子水洗涤固体物质，例如直至用过的洗涤液体(例如滤液)的电导率低于200μs/cm，或低于100μs/cm，或低于20μs/cm。
纤维素浆料纤维崩解以得到纳米原纤纤维素水凝胶导致纤维素浆料纤维的原纤化。
术语“原纤化”可与表述“崩解”互换使用，一般指通过向纤维机械作功(work)来崩解纤维素浆料纤维，其中纤维素原纤从纤维或纤维片段中脱离。原则上，该功可基于各种作用，例如研磨、碾碎或剪切、或它们的组合，或者能够使纤维的细胞壁脱层并释放原纤的其他相应的作用。但是，在本发明方法中，很大程度上利用高剪切力的高压机械崩解是优选的。在存在足够的水以防止纤维间形成键的条件下进行崩解。制备稠度为0.05-6％w/w、例如0.1-4％w/w、例如0.12-1.2％w/w的nfc水凝胶，所述稠度对于nfc水凝胶的原纤化和操作是便利的。
用于纤维素浆料纤维的高压机械崩解的手段或设备也可以是经过净化或灭菌的，即基本上是无菌的。
本发明人已经发现，对水性悬浮液中的纤维素浆料纤维进行高压机械崩解可明显减少悬浮液中存在的活微生物的数量。因此，高压机械崩解具有抗菌效果。例如，高压机械崩解能将待原纤化的纤维素浆料纤维的水性悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少102倍。
在本说明书中，术语“高压机械崩解”可理解为是指使用高压对任选地经过预精制的纤维素浆料纤维进行崩解。
可使用压力型均质机精细高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而减少悬浮液中存在的活微生物的数目。压力型均质机可以是例如高压均质机或高压流化器，诸如微流化器、大流化器或流化器型均质机。
高压均质机或高压流化器可包括一个或多个限流，例如一个或多个阀门或流动室，通过它们时悬浮液受到压迫，使得悬浮液中的压力在限流处升高。这会产生高湍流和剪切的条件，结合压缩、加速、压降和冲击，并可能导致整个悬浮液中的颗粒崩解。这种设备还可以特别有效地减少悬浮液中存在的活微生物的数量。
该方法可包括使水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少6次循环(也称为程或轮)。该方法还可包括使水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历2-10次或6-7次循环的高压机械崩解。当使用最多10次循环时，以在水中0.5％(w/w)稠度测量，所得纳米原纤纤维素水凝胶的零剪切粘度至少为100pa·s。这种零剪切粘度是理想的。例如，该方法可包括使纤维素浆料纤维经历2、3、4、5、6、7、8、9或10次循环的高压机械崩解。
压力可以为300–2000巴。压力还可以为至少600巴，或至少1500巴。压力可以例如为300，400，500，600，700，800，900，1000，1100，1200，1300，1400，1500，1600，1700，1800，1900或2000巴。
例如，高压均质机可以在400-600巴的压力下运行最多10次循环。又例如，高压流化器可以在1500巴的压力下运行最多10次循环。
进行高压机械崩解的水性悬浮液的稠度(浓度)可以至少为0.7％(w/w)，或0.7-3％(w/w)。在更低或更高的稠度下，崩解和/或崩解降低活微生物数量的能力变差。
该方法可包括使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少103倍。可以对高压机械崩解的循环次数以及其它可能的变量进行选择，以在悬浮液中存在的活微生物数量方面实现所需的下降。
可通过所述方法得到的纳米原纤纤维素水凝胶在高压机械崩解后已经基本上是无菌的。但是，在高压机械崩解后还可以进一步减少纳米原纤纤维素水凝胶中活微生物的数量。
因此，该方法可包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行进一步净化处理，以减少纳米原纤纤维素水凝胶中活微生物的数量。进一步净化处理能够将活微生物的数量减少至少102倍，或至少103倍，或至少104倍，或至少106倍，或至少108倍，或至少1010倍，或102-1010倍，或102-108倍。
在本说明书中，术语”净化处理”可指任何能减少活生命形式(特别是微生物)数量和灭活病毒的物理或化学处理。原则上可使用各种合适的进一步净化处理。但是，在本文中，过度高压灭菌不被认为是净化处理。
进一步的净化处理可包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行非电离或电离辐射。非电离辐射可以是例如紫外光照射，例如利用紫外c范围(波长约280–100nm)内的紫外光或波长200-300nm，例如约250nm的紫外光进行。紫外光照射的剂量可以例如在5–5000mj/cm2的范围内，具体取决于流态(例如薄膜，层流，湍流，螺旋管等)或纳米原纤纤维素水凝胶的浊度之类的因素。此外，被照射的纳米原纤纤维素水凝胶层的厚度对紫外光照射的效果也有影响。电离辐射可以是例如用γ射线、x射线或亚原子粒子如电子进行照射。小剂量，例如约1–50kgy或约2-25kgy的剂量就足够了。电离辐射能够打断活微生物壁的结构。
进一步净化处理可包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行热处理，其中热处理包括使纳米原纤纤维素水凝胶在72℃-100℃的温度保持至少15秒。如果不让水凝胶沸腾，可以避免高温导致的水凝胶的劣化，还可以避免使用加压设备的需要，从而使方法更简单安全。
例如，热处理可包括将纳米原纤纤维素水凝胶在89℃保持1.0秒；在90℃保持0.5秒；在94℃保持0.1秒；或者在96℃保持0.05秒。
纳米原纤纤维素水凝胶的这种热处理可具有降低或消除水凝胶中活微生物数量的效果，而且不会不利地破坏纳米原纤纤维素水凝胶的其它性质，例如粘度，这些性质将影响其进一步用于例如化妆品或药品或器械中的合适度。热处理不会以类似例如过度高压灭菌的方式影响水凝胶的粘度。
可对热处理的温度和时间进行选择，使得悬浮液中存在的活微生物的数量降低高达106倍。还可对热处理的温度和时间进行选择，使得悬浮液中存在的活微生物的数量降低至少102倍。
对运行压力进行选择，使得纳米原纤纤维素水凝胶在使用的温度不会沸腾。处理温度下纳米原纤纤维素水凝胶的压力可以高于水的蒸气压。
要进行热处理的纳米原纤纤维素水凝胶的干物质含量至少为0.6重量％，或至少为0.7重量％，或至少为0.8重量％，或至少为0.9重量％，或至少1重量％。要进行热处理的纳米原纤纤维素水凝胶的干物质含量最多为4重量％，或最多为3重量％，或最多为2重量％。要进行热处理的纳米原纤纤维素水凝胶的干物质含量为0.6–4重量％，或0.7–3重量％，或0.8–3重量％，或0.9–2重量％。这些水凝胶更能耐受热处理可能对水凝胶性质带来的负面影响。
进一步净化处理还可包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行脉冲电场处理。脉冲电场处理可在最高达50℃的温度下进行。可以将纳米原纤纤维素水凝胶设置在两个电极之间，暴露于极短、高压脉冲形式的电场中。可使用例如20-50kv/cm范围内的电场强度，例如1-10μs范围内的脉冲强度，和例如50-1000kj/kg范围内的比能输入；但是，这些参数可以调节，以适当地减少活微生物数量。
进一步净化处理不包括对纳米原纤纤维素水凝胶进行高压灭菌或过度高压灭菌。在本说明书中，术语“高压灭菌”或“过度高压灭菌”可理解为是指使纳米原纤纤维素水凝胶处于约121℃温度或至少120℃温度的饱和蒸汽下至少10分钟或至少15分钟的过程。高压灭菌通常在超过大气压至少15psi的压力下进行。
由此，该方法可包括获得对于1克纳米原纤纤维素水凝胶单位含有少于10-1、或少于10-2、或少于10-3、或少于10-4、或少于10-5、或少于10-6cfu的活微生物的纳米原纤纤维素水凝胶。
由此，该方法可包括获得对于1克纳米原纤纤维素水凝胶单位含有少于10-1、或少于10-2、或少于10-3、或少于10-4、或少于10-5、或少于10-6cfu的活微生物的非高压灭菌的纳米原纤纤维素水凝胶。
进一步净化处理(例如热处理)后纳米原纤纤维素水凝胶的浊度值比进一步净化处理之前的纳米原纤纤维素水凝胶的浊度值高最多5％，或最多10％，所述浊度值是以在水中0.1％(w/w)的纳米原纤纤维素浓度测量的。
进一步净化处理(例如热处理)后纳米原纤纤维素水凝胶的ph比进一步净化处理之前的纳米原纤纤维素水凝胶的ph低最多0.4，或最多0.2ph单位。因为ph单位以对数标度表示，对于某些用途，例如0.2ph单位的差异可以认为是巨大的。ph可以在20℃的温度下测量。
该方法后纳米原纤纤维素水凝胶的粘度至少为2000mpa·s，或至少为7000mpa·s，或2000–50000mpa·s，或7000–40000mpa·s，该粘度值以在水中0.8％(w/w)的纳米原纤纤维素浓度，利用具有叶片心轴的布氏(brookfield)粘度计在20℃的温度下测得，其中测量转速为10rpm。
该方法后天然纳米原纤纤维素水凝胶的粘度至少为2000mpa·s，或至少为7000mpa·s，或2000–16000mpa·s，或7000–13000mpa·s，该粘度值以在水中0.8％(w/w)的纳米原纤纤维素浓度，利用具有叶片心轴的布氏粘度计在20℃的温度下测得，其中测量转速为10rpm。
当以0.5重量％的浓度分散于水中时，该方法后天然纳米原纤纤维素水凝胶的零剪切粘度为100–8000pa·s，或200–2000pa·s，或300–1000pa·s。当以0.5重量％的浓度分散在水中时，该纳米原纤纤维素水凝胶还可以具有0.5–8pa或1–4pa的屈服应力。
当以0.5重量％的浓度分散于水中时，该方法后阴离子纳米原纤纤维素的零剪切粘度为1000–100,000pa·s，或5000–50,000pa·s。当以0.5重量％的浓度分散在水中时，该纳米原纤纤维素还可以具有1–50pa或3–20pa的屈服应力。
在对悬浮液进行高压机械崩解之后，可使用任何适用于纳米原纤纤维素水凝胶终端用途的无菌液体将纳米原纤纤维素水凝胶稀释到适用于封装的稠度，所述无菌液体例如是无菌水，用于细胞培养的无菌生长培养基，或无菌缓冲溶液。
该方法还可包括将纳米原纤纤维素水凝胶封装为单位。该封装也可以在iso14644-1洁净室标准的iso5或更严格的条件下进行。纳米原纤纤维素水凝胶可以以例如1g、5g、10g或100g的单位封装在例如安瓿或其它合适的容器中。纳米原纤纤维素水凝胶还可以封装在多孔板中。这些单位可以封装在经过净化或灭菌即基本无菌的容器中。
该方法还可包括将纳米原纤纤维素水凝胶无菌地封装为单位。
该方法可包括从高压机械崩解到封装纳米原纤纤维素水凝胶都维持iso14644-1洁净室标准的iso5或更严格的条件。
在该方法过程中，活微生物的数量可以下降至少103倍，或至少104倍，或至少106倍，或至少1012倍。可基于初始存在于纤维素浆料纤维悬浮液中的活微生物的数量和通过所述方法得到的纳米原纤纤维素水凝胶中存在的活微生物的数量计算该倍数。
原则上，纳米原纤纤维素可以是任何纳米原纤纤维素。它还可以是天然纳米原纤纤维素或阴离子纳米原纤纤维素。
可通过能使纤维素的至少一部分羟基氧化为羧基的预处理来形成阴离子纳米原纤纤维素。例如，约10–15％的纤维素羟基可氧化为羧基。可通过例如使用已知的tempo氧化方法氧化纤维素浆料纤维来形成阴离子纳米原纤纤维素。
可由经过洗涤的离子交换或酶预处理的浆料得到天然纳米原纤纤维素。通常，天然纳米原纤纤维素具有较宽的原纤直径，而化学改性的阴离子纳米原纤纤维素明显更细，并具有连续的网络。纤维素纳米原纤的数均原纤直径适合为1–200nm。天然级别的数均原纤直径可以为1–100nm，而化学改性的阴离子级别的数均原纤直径为1–20nm。改性级别的尺寸分布通常也较窄。
因此，所述方法可以是产生无菌或基本无菌的天然纳米原纤纤维素水凝胶的方法。
该方法可以按连续模式进行。
依据一个或多个实施方式的方法可以生产基本无菌的纳米原纤纤维素水凝胶，但是与例如经过过度高压灭菌的纳米原纤纤维素水凝胶相反，其高粘度和浊度之类的性质不受影响。
揭示了一种纳米原纤纤维素水凝胶，其中纳米原纤纤维素水凝胶是无菌且未高压蒸汽处理的。未高压蒸汽处理的纳米原纤纤维素水凝胶也称为没有过度高压灭菌的纳米原纤纤维素水凝胶。
还揭示了可通过依据一个或多个实施方式的方法得到的纳米原纤纤维素水凝胶。
可通过依据一个或多个实施方式的方法得到的纳米原纤纤维素水凝胶可以是无菌或基本无菌的。
纳米原纤纤维素水凝胶的粘度至少为2000mpa·s，或至少为7000mpa·s，或2000–50000mpa·s，或7000–40000mpa·s，该粘度值以在水中0.8％(w/w)的纳米原纤纤维素浓度，利用具有叶片心轴的布氏粘度计在20℃的温度下测得，其中测量转速为10rpm。
天然纳米原纤纤维素水凝胶的粘度至少为2000mpa·s，或至少为7000mpa·s，或2000–16000mpa·s，或7000–13000mpa·s，该粘度值以在水中0.8％(w/w)的纳米原纤纤维素浓度，利用具有叶片心轴的布氏粘度计在20℃的温度下测得，其中测量转速为10rpm。
所谓的布氏粘度测量可以按照以下方式进行：选择叶片心轴(73号)并开启布氏粘度测量仪器(布氏rvdv-iii)。将纳米原纤纤维素样品稀释至在水中0.8重量％的浓度并使用推进混合器(propelmixer)以700-800rpm混合10分钟。不使用超声混合。稀释的样品添加到250ml的烧杯，将温度调节至20℃±1℃，如果需要的话进行加热，并混合。在烧杯中插入心轴并开始测量。开始以0.5rpm的转速记录300点，然后以5rpm和10rpm的转速记录300点，以50rpm和100rpm的转速记录100点。对每种样品物质测量两次相对粘度。在从最后5秒钟期间的平行测量中得到的结果中，对每个样品计算平均值和标准偏差。
当以0.5重量％的浓度分散于水中时，天然纳米原纤纤维素水凝胶的零剪切粘度为100–8000pa·s，或200–2000pa·s，或300–1000pa·s。当以0.5重量％的浓度分散在水中时，该纳米原纤纤维素水凝胶还可以具有0.5–8pa或1–4pa的屈服应力。
当以0.5重量％的浓度分散于水中时，阴离子纳米原纤纤维素水凝胶的零剪切粘度为1000–100,000pa·s，或5000–50,000pa·s。当以50重量％的浓度分散在水中时，该纳米原纤纤维素水凝胶还可以具有1–50pa或3–20pa的屈服应力。
对于1克纳米原纤纤维素水凝胶单位，纳米原纤纤维素水凝胶可包含少于10-6cfu的活微生物。
无菌纳米原纤纤维素水凝胶可包含少于10-1、或少于10-2、或少于10-3、或少于10-4、或少于10-5、或少于10-6cfu的活微生物/单位纳米原纤纤维素水凝胶。单位可以是例如1g、5g、10g或100g纳米原纤纤维素水凝胶，例如在安瓿中。该单位还可以是在一个或多个孔中含纳米原纤纤维素水凝胶的多孔板，或者是多孔板的单个孔。
无菌纳米原纤纤维素水凝胶可包含少于10-1、或少于10-2、或少于10-3、或少于10-4、或少于10-5、或少于10-6cfu的活微生物/克纳米原纤纤维素水凝胶。
对于1克纳米原纤纤维素水凝胶单位，无菌纳米原纤纤维素水凝胶可包含少于10-1、或少于10-2、或少于10-3、或少于10-4、或少于10-5、或少于10-6cfu的活微生物。
纳米原纤纤维素水凝胶的浊度值最多为200ntu，或最多90ntu，或最多60ntu，或最多40ntu，或1-200ntu，或1-90ntu，或1-60ntu，或10-40ntu，所述数值是以在水中0.1％(w/w)的纳米原纤纤维素浓度测量的。
基于比浊法(光源与检测器之间90°角)的浊度测量法可用于测量样品的浊度。具有50ml测量容器的hachp2100浊度计可用于浊度测量。用标准校准瓶/样品检查和控制仪器的校准。确定纳米原纤纤维素样品的干物质，将0.5g样品(以干物质计算)装载到测量容器中，其用自来水填充至500g，并通过振荡剧烈混合约30秒。立即将水性混合物分入5个测量容器中，将它们插入浊度计中。对每个容器进行3次测量。对各样品计算平均值和标准偏差。
例如，依据iso4119/1995,”浆料浓度的测定(determinationofstockconcentration)”测定干物质含量，但是样品在105℃温度的烘箱中放置过夜(t＝16小时)，并称量样品在置于烘箱中之前和之后的重量。
纳米原纤纤维素水凝胶可包含例如0.01–4％(w/w)、或0.1–2.5％(w/w)、或0.2–1.5％(w/w)、或0.2–1.2％(w/w)的纳米原纤纤维素。纳米原纤纤维素水凝胶还可包含0.7–3％(w/w)的纳米原纤纤维素。
纳米原纤纤维素水凝胶可以是阴离子纳米原纤纤维素水凝胶。换言之，纳米原纤纤维素水凝胶中的纳米原纤纤维素可以是阴离子纳米原纤纤维素。
纳米原纤纤维素水凝胶可以是天然纳米原纤纤维素水凝胶。换言之，水凝胶中的纳米原纤纤维素可以是天然纳米原纤纤维素。
揭示了一个或多个实施方式的纳米原纤纤维素水凝胶用于治疗的用途。
还揭示了依据一个或多个实施方式的纳米原纤纤维素水凝胶用于化妆品的用途。
揭示了包含依据一个或多个实施方式的纳米原纤纤维素的用于细胞培养的生长培养基。
揭示了依据一个或多个实施方式的纳米原纤纤维素水凝胶在细胞培养中的用途。
一种生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统，该系统包括：
高压机械崩解设备，用于使所述水性悬浮液中的纤维素浆料纤维经历至少2轮的高压机械崩解，以得到纳米原纤纤维素水凝胶，从而将悬浮液中存在的活微生物的数量减少至少102倍；
其中，高压机械崩解设备和任何任选的被配置为或调整为与悬浮液和/或纳米原纤纤维素水凝胶接触的系统组件被配置为或调整为在iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件下运行。.
该系统还可包括用于得到漂白的纤维素浆料纤维的装置。用于得到漂白的纤维素浆料纤维的装置可包括例如取样设备，诸如水龙头或阀门。该取样设备可以配置为允许经过漂白的纤维素浆料纤维从造纸厂纤维生产线、容器和/或管路中移除。这些装置可进行处理，例如进行灭菌，以最大程度地减少活微生物体的存在。因为造纸厂的纤维生产线通常不在无菌条件下运行，用于得到漂白的纤维素浆料纤维的装置可包括例如取样设备，该取样设备被配置为允许经过漂白的纤维素浆料纤维从造纸厂纤维生产线和经过消毒或灭菌的并且可关闭的容器中移除。
高压机械崩解设备可以是压力型均质机，诸如高压均质机或高压流化器，诸如微流化器、大流化器或流化器型均质机。
比iso14644-1洁净室标准的iso8更严格的条件相当于iso14644-1洁净室标准iso7，或iso6，或iso5，或iso4，或iso3，或iso2，或iso1。所述条件还可以是iso14644-1洁净室标准的iso5或更严格的iso条件。
该系统还可包括在高压机械崩解之前对纤维素浆料纤维进行预精制的预精制设备；其中所述预精制设备被配置为或调整为在iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件下运行。预精制设备可以是机械预精制设备，例如pfi磨机，精制机，诸如使用原纤化叶片的voith精制机，或研磨机。
该系统可包括用于洗涤纤维素浆料纤维的洗涤设备；其中所述洗涤设备被配置为在iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件下运行。例如，洗涤设备可包括用于增稠悬浮液中的纤维素浆料纤维的压滤机和用于将纤维素浆料纤维再分散到水中的碎浆机。
该系统可包括净化设备，用于将纳米原纤纤维素水凝胶中的活微生物数量降低至少102倍，或102-1010倍，或102-108倍。
在本说明书中，术语”净化设备”可指配置为或调整为进行任何能减少活生命形式(特别是微生物)数量和灭活病毒的物理或化学处理的设备。但是，净化设备不可以是配置为或调整为高压灭菌或过度高压灭菌纳米原纤纤维素水凝胶的设备。净化设备还是不同于高压机械崩解设备的设备，即使高压机械崩解设备也能净化。
净化设备可包括例如非电离辐射源，例如紫外灯，或电离辐射源，例如γ射线、x射线或亚原子粒子源。
净化设备还可以包括加热设备。加热设备可以配置为或调整为将纳米原纤纤维素水凝胶在72℃-100℃范围内的温度加热并保持至少15秒。所述加热设备可以是例如热交换器。加热设备被配置或调整为加热和保持纳米原纤纤维素的温度和时间进行选择，使得悬浮液中存在的活微生物的数量减少最多106倍，或至少102倍，或102-1010倍，或102-108倍。
该系统可包括冷却设备，用于在最多120秒内将纳米原纤纤维素水凝胶冷却到低于30℃的温度。所述冷却设备可以是例如热交换器。该系统还可包括冷却设备，该设备被配置为将纳米原纤纤维素水凝胶冷却到低于30℃的温度。
加热设备和冷却设备可以是相同的设备或两种不同的设备。
净化设备还可以是用于脉冲电场处理的设备。用于脉冲电场处理的设备可以被配置为或调整为对纳米原纤纤维素水凝胶进行脉冲电场处理。
该系统还可包括用于封装纳米原纤纤维素水凝胶的封装设备。该封装设备可以适用于无菌封装，例如封装在安瓿中。
该系统中配置为或调整为与纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素接触的任何或所有组件都可以进行净化，并且配置为在系统使用时提供其内部与外部环境绝对的连续的隔离。该系统中配置或调整为与纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素接触的任何或所有组件也可以是经过灭菌的。该系统中配置为与纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素接触的任何或全部组件可包括例如高压机械崩解设备、洗涤设备、净化设备、封装设备、一个或多个泵以及所述设备之间的连接。
该系统可以被配置为通过无菌连接将材料转移到辅助设备而不是经由开口转移到周围环境来排除其内部受到外部污染。这种系统可以配置或调整为在使用时在整个过程中保持密封。
该系统还可以配置或调整为允许在工艺过程中即在使用时通过一个或多个开口连续或半连续的进入和/或输出材料。所述开口可以配置(例如使用连续过压)或调整为在使用时排除外部污染进入系统中。
所述系统可以是生产无菌纳米原纤纤维素水凝胶的系统。
所述系统可以是生产天然纳米原纤纤维素水凝胶的系统。
所述系统可以是生产无菌天然纳米原纤纤维素水凝胶的系统。
还揭示了高压机械崩解设备在由纤维素浆料纤维的水性悬浮液生产纳米原纤纤维素水凝胶中用于减少悬浮液中存在的活微生物数量的用途。
高压机械崩解设备可以是压力型流化器，例如高压均质机或高压流化器，诸如微流化器、大流化器或流化器型均质机。
揭示了高压机械崩解设备在由纤维素浆料纤维的水性悬浮液生产纳米原纤纤维素水凝胶中用于将悬浮液中存在的活微生物数量减少至少102倍或至少103倍的用途。
上文所述的实施方式相互间可以任意组合使用。几个实施方式可组合在一起形成又一实施方式。本发明涉及的方法、水凝胶、系统或用途可包含至少一个上文所述的实施方式。
一个或多个实施方式的技术效果包括明显减少纳米原纤纤维素水凝胶中活微生物的数量，而且不会破坏水凝胶的粘度、浊度或ph之类的性质，这些性质将影响其进一步用于例如化妆品或药品或器械中的合适度。
一个或多个实施方式的技术效果包括可提供纳米原纤纤维素水凝胶用于药品或化妆品应用。
实施例
下面详细参考各种实施方式，这些实施方式的例子在附图中示出。
图1显示依据一个实施方式的生产纳米原纤纤维素水凝胶的系统。该系统包括用于得到漂白的纤维素浆料纤维的装置1。装置1可包括例如经过灭菌的容器或管路。
可以将经过漂白的纤维素浆料纤维提供给洗涤设备4，用于洗涤漂白的纤维素浆料纤维。从无菌水源6提供无菌水(或其它无菌液体)到洗涤设备4。无菌水可以是例如经过无菌过滤或高压灭菌的，以确保其基本上是无菌的。
该系统还包括用于对漂白的纤维素浆料纤维进行预精制的预精制设备3。预精制设备3被配置为在高压机械崩解之前部分打碎漂白的纤维素浆料纤维。
该系统还包括高压机械崩解设备2，用于崩解纤维素浆料纤维，以得到纳米原纤纤维素水凝胶。高压机械崩解设备2，例如原纤化装置，被配置为使纤维素浆料纤维原纤化。合适的高压机械崩解设备可以是例如流化器、均质机或其它配置为对纤维素浆料纤维施加强剪切、湍流、冲击或压力的设备。高压机械崩解设备2还可以是高压均质机或高压流化器。如果需要，可由无菌水源6向高压机械崩解设备2提供无菌水，以稀释在高压机械崩解设备2中得到的水凝胶。可将在高压机械崩解设备2中得到的纳米原纤纤维素水凝胶提供给净化设备5，用于进一步净化处理纳米原纤纤维素水凝胶。净化设备5可以是例如加热设备，其中对水凝胶进行热处理。可以将加热设备配置为保持纳米原纤纤维素水凝胶在72℃-100℃的温度至少15秒，以减少纳米原纤纤维素水凝胶中活微生物的数量。或者，净化设备5可包括例如非电离辐射源，例如紫外灯，或电离辐射源，例如γ射线、x射线或亚原子粒子源。
从进一步净化处理得到的纳米原纤纤维素水凝胶在用于封装纳米原纤纤维素水凝胶的封装设备7中进行封装。该封装设备7适用于无菌封装，例如封装在安瓿、瓶、多孔板或其它容器中。它们可以在用于对封装纳米原纤纤维素水凝胶的容器进行灭菌的灭菌设备8中进行灭菌。
该系统还包括配置为在系统的部件之间传输纤维素浆料纤维和纳米原纤纤维素水凝胶之类的材料的无菌流体连接。
洗涤设备3、高压机械崩解设备2、净化设备5和封装设备7被配置为在iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件下运行。它们可以在系统运行之前通过进一步净化处理来净化。配置为与接触纤维素浆料纤维和/或纳米原纤纤维素水凝胶的材料或流体接触或传输该材料或流体的系统组件之间的流体连接是通过无菌连接。
该系统还包括洁净室9或其它类似的屏障，用于提供具有受控的微生物和颗粒污染水平的环境。洁净室在iso14644-1洁净室标准的iso8或更严格的条件下运行。这种系统可以配置为在整个过程中保持密封。洁净室9可以被配置为通过无菌连接将材料转移到辅助设备而不是经由开口转移到周围环境来排除其内部受到外部污染。
洁净室9还可以配置为允许在工艺过程中通过一个或多个开口连续或半连续的进入和/或输出材料。所述开口可以配置(例如使用连续过压)为排除外部污染进入系统中。如果需要，无菌空气，例如使用能够从空气中除去颗粒物和活微生物的hepa过滤器过滤的空气可以作为通风空气提供给洁净室9。
在纳米原纤纤维素水凝胶被无菌封装到保持其无菌度的合适容器中后，将容器从洁净室9中移除。
实施例1–通过高压灭菌制备无菌天然纳米原纤纤维素水凝胶
通过以下方式提供比较样品：使用
在高压灭菌之前和之后测量水凝胶的布氏粘度。
按照以下所述进行纳米原纤纤维素水凝胶的粘度测量。选择叶片心轴(73号)并开启布氏粘度测量仪器(布氏rvdv-iii)。将纳米原纤纤维素水凝胶样品稀释至在水中0.5重量％的浓度并使用推进混合器(propelmixer)以700-800rpm混合10分钟。对于改性级别不使用超声混合。稀释的样品物质添加到250ml的烧杯，将温度调节至20℃±1℃，ph7，如果需要的话进行加热，并混合。在烧杯中插入心轴并开始测量。程序开始以0.5rpm的转速记录300点，然后以5rpm和10rpm的转速记录300点，以50rpm和100rpm的转速记录100点。对每种样品物质测量两次相对粘度。在从最后5秒钟期间的平行测量中得到的结果中，对每个样品计算平均值和标准偏差。
对于流变测量，使用以下方法。使用配备有四翼叶片几何结构的应力控制旋转流变仪(arg2,ta仪器,uk)进行测量。样品用去离子水(200g)稀释至0.5重量％的浓度，用waring混合机(lb20e*,0.5l)混合3x10秒(20000rpm)，混合期间短暂暂停。对样品进行流变测量，ph7。圆柱形样品杯和叶片的直径分别为30mm和28mm，长度为42mm。采用0.001–1000pa逐渐增加的剪切应力测定水凝胶的稳态粘度。在将样品装入流变仪后，使它们静置5分钟，然后在室温下开始测量。在逐渐增加的剪切应力(与施加的扭矩成正比)下测量稳态粘度，测量剪切速率(与角速度成正比)。在达到恒定剪切速率或最多2分钟后，记录在特定剪切应力下的报告粘度(＝剪切应力/剪切速率)。当剪切速率超过1000秒-1时，停止测量。
将样品在105℃温度的烘箱中放置过夜(t＝16小时)并且称量在其放入烘箱之前和之后样品的重量，由此测量干物质含量。根据标准iso4119/1995，”浆料浓度的测定(determinationofstockconcentration)”来进行称重，但是区别在于时间为16小时。
基于比浊法(光源与检测器之间90°角)的浊度测量法用于测量样品的浊度。具有50ml测量容器的hachp2100浊度计用于浊度测量。用标准校准瓶/样品检查和控制仪器的校准。确定纳米原纤纤维素样品的干物质，将0.5g样品(以干物质计算)装载到测量容器中，其用自来水填充至500g，并通过振荡剧烈混合约30秒。立即将水性混合物分入5个测量容器中，将它们插入浊度计中。对每个容器进行3次测量。对各样品计算平均值和标准偏差。
天然nfc水凝胶的性质如表1所示。
表1.高压灭菌之前和之后通过6轮、8轮或10轮原纤化得到的天然纳米原纤纤维素水凝胶的性质。由流动曲线的最高点确定零剪切粘度，由最陡的曲线正
切确定屈服应力。
实施例2–无菌制备纳米纤维素水凝胶
在漂白后，在4％干固体含量下在漂白后的最终洗涤阶段后，从纸浆厂获取漂白的桦木浆料。该纸浆厂不使用杀菌剂。尽可能无菌地获得浆料，因此用乙醇洗涤容器，人员使用干净手套。在填料后立即关闭容器。
使用包括以下步骤的方法生产纳米纤维素：
-使用交替的酸和碱步骤洗涤浆料至na+形式，在以下两个步骤之间进行洗涤：
-预精制；和
-流化。流化进行10次循环。
所有方法步骤都无菌进行，因此事先用乙醇或类似的抗菌剂洗涤设备。微生物培养的结果示于表2。
表2.样品中的微生物计数。
应注意，在各方法步骤中，微生物计数都较少。特别是在流化步骤中，下降至少1个数量级。最小的数值表示为“<10”，因为在测量中样品被稀释10倍。最小菌落数记录为1cfu/g，如果是更少的菌落，则菌落计数为<1cfu/g。因为稀释的原因，表示的数值计算为<10cfu/g–实际上观察不到生长。
实施例3–无菌制备纳米纤维素水凝胶
使用与实施例2相同的浆料重复实验。测量的微生物计数如表3所示。
表3.样品中的微生物计数。
与实施例2相比，预精制后厌氧细菌和霉菌&酵母的计数似乎较高，而在流化后，好氧细菌和霉菌&酵母以较高的水平存在。但是，也是在该实验中，与浆料中的微生物计数相比，在各方法步骤中菌落计数下降。
实施例4–无菌制备纳米纤维素水凝胶
基本按照实施例2制备纳米原纤纤维素水凝胶。在流化器之前和之后提取样品。使用基于修订的sfs-eniso8199的方法确定微生物计数。测量的微生物计数如表4所示。流化器处理能明显降低微生物计数。
表4.样品中的微生物计数。
实施例5–通过流化和uv处理无菌制备纳米纤维素水凝胶
基本按照实施例2，使用6次或8次流化制备纳米原纤纤维素水凝胶。在流化一周后，对所得水凝胶进行uv处理，其中将水凝胶作为厚度约为3.7mm的一层铺展在皮氏培养皿上。处理进行至少0.5小时，使得紫外灯在距离水凝胶5cm的距离处。基于水凝胶样品尺寸计算的提供给水凝胶样品的紫外辐射(uvc辐射)为0.25w。
在紫外处理之前和之后提取样品。使用基于修订的sfs-eniso8199的方法确定微生物计数。测量的微生物计数如表5所示。虽然由于水凝胶并没有立即进行紫外处理而是在紫外处理之前储存了一周，在流化之后水凝胶中的微生物计数比实施例4中高，但是紫外处理仍然能明显减少微生物计数。
表5.样品中的微生物计数。
对本领域技术人员显而易见的是，随着科技的发展，本发明的基本理念可以以各种方式实施。因此，本发明及其实施方式不限于上文所述实施例；相反，它们可以在权利要求的范围内变化。