一种细菌纤维素/富勒烯复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及生物医用材料领域，特别涉及一种细菌纤维素/富勒烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

细菌纤维素是由D-吡喃葡萄糖单体以β-1,4-糖苷键连接而成的直链多糖能，直链间彼此平行，不呈螺旋结构，无分支结构。但是它的宏观结构与普通植物纤维相比有很大的不同，具有特殊的结构和特性。细菌纤维素有独特的丝状纤维组成，纤维直径在10nm-100nm之间，每一丝状纤维由一定数量的微纤维组成，微纤维的大小与结晶度有关。细菌纤维素的结构随菌珠种类和培养条件的不同而有所变化。虽然细菌纤维素在化学组成和化学结构上与普通的纤维素相同，但是由于各自具有不同的微观结构而使得它们的理化特性有着很大的差异。与植物纤维素相比，细菌纤维素结构均一，具有高化学纯度、高聚合度和高结晶度；纳米三维网状结构；高抗张强度和弹性模量；透气性能好、持水能力强；较高的生物相容性、良好的适应性和生物可降解性；生物合成时的可调空性等独特的性能。

富勒烯是一种由单一碳原子组成的球形分子，1985年首次被发现并于1990年被分离。富勒烯可用于DNA光清扫剂，抗-HIV蛋白酶抑制剂，抗菌剂以及用于光动力疗法的光敏剂，因此在生物医药领域得到广泛的关注。但是富勒烯在极性溶剂(如水，体液等)中的低溶解性大大限制了在生物医药领域的应用。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于一种细菌纤维素/富勒烯复合材料的制备方法，使富勒烯良好地分散并嵌入细菌纤维素的三维纳米网络中，克服了细菌纤维素无抗菌性，富勒烯复合量过少等缺点，同时，保持了其优良的力学性能及良好的生物相容性，大大提高了其在生物医用材料领域中的应用。

本发明的另一目的在于提供上述方法制备得到的细菌纤维素/富勒烯复合材料。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种细菌纤维素/富勒烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备并纯化细菌纤维素；

(2)制备纳米富勒烯水体系分散液；

(3)步骤(1)中的细菌纤维素脱水后，加入步骤(2)制备的纳米富勒烯水体系分散液复水，得到细菌纤维素/富勒烯复合材料。

步骤(3)所述步骤(1)中的细菌纤维素脱水后，加入步骤(2)制备的纳米富勒烯水体系分散液复水，具体为：

将裁成圆片的细菌纤维素，室温下脱水20％-50％，将脱水后的细菌纤维素膜平铺在布氏漏斗上，加入富勒烯水体系分散液复水并反复抽滤，得到细菌纤维素/富勒烯复合材料。

步骤(1)所述制备并纯化细菌纤维素，具体为：

将木醋杆菌菌种接种入种子培养基，以150-300rmp震荡培养得到培养液；将该培养液摇匀，在27-30℃静态培养制得细菌纤维素；制得的细菌纤维素用超纯水充分清洗以除去表面杂质，再将细菌纤维素浸泡在0.1-0.3mol/L的碱溶液中煮沸0.5-1h除去蛋白，最后用超纯水浸泡2-4天，每8-12h换一次水，至中性。

所述碱溶液为氢氧化钠的水溶液或乙醇溶液。

所述种子培养基的成分为：500ml椰子汁或菠萝汁中含葡萄糖8-16g，酵母提取粉3-8g，蛋白胨2-5g，硫酸镁0.1-1.0g，无水氯化钙0.05-0.5g。

制备纳米富勒烯水体系分散液，具体为：

将富勒烯加入有机溶剂中，在惰性气体保护下搅拌24-72h；抽滤除去未溶解的富勒烯，得到饱和的富勒烯有机溶剂溶液；取等量的超纯水，在搅拌的过程中以0.2-2L/min的速度加入富勒烯溶液中，充分搅拌；所得溶液在45-80℃下旋蒸2-5小时除去溶液中的有机溶剂，所得溶液即为富勒烯水体系分散液。

所述有机溶剂为四氢呋喃或无水乙醇。

所述惰性气体为氮气或者氩气；惰性气体保护的方法为先向有机溶剂中通入惰性气体以除去溶剂中的氧气，加入富勒烯搅拌的同时，持续通入惰性气体，直至搅拌结束。

所述富勒烯为C₆₀为C₇₀。

所述的制备方法得到的细菌纤维素/富勒烯复合材料，富勒烯纳米颗粒均匀分布在细菌纤维素表面及网络中。梁伟鸿-一种可见光蓝光探测器模型及其设计方法-陈淑琦

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

本发明的细菌纤维素/富勒烯复合材料的制备方法，通过失水复水法使富勒烯与细菌纤维素成功复合，制得的复合材料在克服细菌纤维素无抗菌性这一缺点，对金黄色葡萄球菌的抗菌率在2h达到最大值65.1％，同时保持了其优良的力学性能及良好的生物相容性，以细菌纤维素作为载体，提高了富勒烯的负载量，克服了富勒烯有机溶剂体系中有机溶剂对人体的伤害，以及富勒烯水分散体系中富勒烯含量过少的缺点，大大提高了其在生物医用材料领域的应用。

附图说明

图1(a)～(b)为本发明的实施例1的细菌纤维素/富勒烯复合材料的表面电镜图；其中图1(b)是图1(a)的局部放大图。

图2为本发明的实施例1的细菌纤维素/富勒烯复合材料的拉曼图谱。

图3为本发明的实施例1的细菌纤维素/富勒烯复合材料对金黄色葡萄球菌的抑菌率柱状图。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

步骤一、细菌纤维素的制备

制备方法：将木醋杆菌菌种接种入以果汁、高生物营养成分及微量元素配制的种子培养基，在200rmp，27℃条件下震荡培养18h得到培养液。将该培养液摇匀，置于28℃的培养箱培养，待培养液消耗完全即可得到细菌纤维素。

本实施例的种子培养基的成分为：500ml椰子汁或菠萝汁中含葡萄糖8g，酵母提取粉3g，蛋白胨2g，硫酸镁0.1g，无水氯化钙0.05g。

步骤二、细菌纤维素的纯化

将步骤一中制得的细菌纤维素用超纯水充分清洗以除去表面杂质，再将其置于0.1mol/L的氢氧化钠水溶液中煮沸0.5h，而后用超纯水浸泡3天，每12h换一次水，至中性，所得的纯化后的细菌纤维素放入4℃冰箱保存备用。

步骤三、富勒烯水分散液的制备

取10mgC₆₀加入500ml四氢呋喃中，在氮气保护下搅拌24h。抽滤除去未溶解的C₆₀，得到饱和的C₆₀/四氢呋喃溶液。取500mL超纯水，在搅拌的过程中以1L/min的速度加入C₆₀/四氢呋喃溶液中，充分搅拌。所得溶液在55℃下旋蒸3小时除去溶液中的四氢呋喃，所得溶液即为富勒烯水体系分散液。

氮气保护的方法为先向有机溶剂中通入氮气以除去溶剂中的氧气，加入富勒烯搅拌的同时，持续通入氮气，直至搅拌结束。

步骤四、细菌纤维素/富勒烯复合材料的制备

将纯化后的细菌纤维素裁成圆片，室温下脱水20％后，平铺在布氏漏斗上。加入步骤三制备的富勒烯水分散液复水并反复抽滤直至细菌纤维素膜由透明变为淡黄色直至淡棕色，即制得细菌纤维素/富勒烯复合材料。

本方法制得的细菌纤维素/富勒烯复合材料，富勒烯均匀分布并嵌入细菌纤维素网络中，富勒烯颗粒平均粒径为126.7nm，对金黄色葡萄球菌的抗菌率在2h达到最大值65.1％。

图1(a)～(b)为本实施例的细菌纤维素/富勒烯复合材料的表面电镜图；其中图1(b)是图1(a)的局部放大图。富勒烯颗粒良好的分散并嵌入细菌纤维素的三维网络中。

图2为本实施例的细菌纤维素/富勒烯复合材料的拉曼图谱；富勒烯的拉曼特征峰出现在细菌纤维素/富勒烯复合材料的拉曼图谱中，说明富勒烯与细菌纤维素成功复合。

图3为实施例1细菌纤维素/富勒烯复合材料对金黄色葡萄球菌的抑菌率柱状图。细菌纤维素/富勒烯复合材料对金黄色葡萄球菌的抗菌率在2h达到最大值65.1％。

实施例2

步骤一、细菌纤维素的制备

制备方法：将木醋杆菌菌种接种入种子培养基，在150rmp，28℃条件下震荡培养24h得到培养液。将该培养液摇匀，置于28℃的培养箱培养，待培养液消耗完全即可得到细菌纤维素。

本实施例的种子培养基的成分为：500ml椰子汁或菠萝汁中含葡萄糖16g，酵母提取粉8g，蛋白胨5g，硫酸镁1.0g，无水氯化钙0.5g。

步骤二、细菌纤维素的纯化

将步骤一中制得的细菌纤维素用超纯水充分清洗以除去表面杂质，再将其置于0.2mol/L的氢氧化钠水溶液中煮沸1h，而后用超纯水浸泡4天，每8h换一次水，至中性，所得的纯化后的细菌纤维素放入4℃冰箱保存备用。

步骤三、富勒烯水分散液的制备

取20mgC₆₀加入1000ml无水乙醇中，在氩气保护下搅拌36h。抽滤除去未溶解的C₆₀，得到饱和的C₆₀/乙醇溶液。取1000mL超纯水，在搅拌的过程中以0.5L/min的速度加入C₆₀/乙醇溶液中，充分搅拌。所得溶液在80℃下旋蒸2小时除去溶液中的乙醇，所得溶液即为富勒烯水体系分散液。

氩气保护的方法为先向有机溶剂中通入氩气以除去溶剂中的氧气，加入富勒烯搅拌的同时，持续通入氩气，直至搅拌结束。

步骤四、细菌纤维素/富勒烯复合材料的制备

将纯化后的细菌纤维素裁成圆片，室温下脱水50％后，平铺在布氏漏斗上。加入步骤三制备的富勒烯水分散液复水并反复抽滤直至细菌纤维素膜由透明变为淡黄色直至淡棕色，即制得细菌纤维素/富勒烯复合材料。

本方法制得的细菌纤维素/富勒烯复合材料，富勒烯均匀分布并嵌入细菌纤维素网络中，富勒烯颗粒平均粒径为180.6nm，对金黄色葡萄球菌的抗菌率在2h达到最大值57.3％。

实施例3

步骤一、细菌纤维素的制备

制备方法：将木醋杆菌菌种接种入种子培养基，在300rmp，30℃条件下震荡培养48h得到培养液。将该培养液摇匀，置于28℃的培养箱培养，待培养液消耗完全即可得到细菌纤维素。

步骤二、细菌纤维素的纯化

将步骤一中制得的细菌纤维素用超纯水充分清洗以除去表面杂质，再将其置于0.3mol/L的氢氧化钠水溶液中煮沸0.5h，而后用超纯水浸泡2天，每12h换一次水，至中性，所得的纯化后的细菌纤维素放入4℃冰箱保存备用。

步骤三、富勒烯水分散液的制备

取15mgC₇₀加入700ml四氢呋喃中，在氩气保护下搅拌48h。抽滤除去未溶解的C₇₀，得到饱和的C₇₀/四氢呋喃溶液。取700mL超纯水，在搅拌的过程中以2L/min的速度加入C₇₀/四氢呋喃溶液中，充分搅拌。所得溶液在45℃下旋蒸5小时除去溶液中的四氢呋喃，所得溶液即为富勒烯水体系分散液。

步骤四、细菌纤维素/富勒烯复合材料的制备

将纯化后的细菌纤维素裁成圆片，室温下脱水35％后，平铺在布氏漏斗上。加入步骤三制备的富勒烯水分散液复水并反复抽滤直至细菌纤维素膜由透明变为淡黄色直至淡棕色，即制得细菌纤维素/富勒烯复合材料。

本方法制得的细菌纤维素/富勒烯复合材料，富勒烯均匀分布并嵌入细菌纤维素网络中，富勒烯颗粒平均粒径为163.2nm，对金黄色葡萄球菌的抗菌率在2h达到最大值51.5％。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。