一种促进细菌纤维素部分溶解的方法及其应用与流程

1.本发明涉及细菌纤维素溶解及应用领域，特别涉及一种促进细菌纤维素部分溶解的方法及其应用。


背景技术：

2.纤维素具有可降解，可再生，环境友好等优良特性，可以生产高附加值的产品，如生物乙醇、生物塑料和纳米纤维素等，有助于取代石油基燃料和石油基塑料，解决当前经济社会面临的资源短缺和环境污染等问题。大多数植物中纤维素含量低，且含有木质素、半纤维素和果胶等聚合物，导致纤维素的提取工艺复杂。相比植物纤维素，细菌纤维素具有更高的纯度，广泛应用于食品、化工和生物医学等方面。然而，细菌纤维素是一种结晶性生物聚合物，分子间或分子内的氢键限制了细菌纤维素的溶解。
3.近数十年来，已开发多种溶剂系统，例如氯化锂/二甲基乙酰胺、n-甲基吗啉-n-氧化物、二甲亚砜/四丁基氟化铵、离子液体和naoh水溶液。但这些溶解系统存在试剂昂贵，操纵复杂，试剂用量大，产生有毒挥发性气体等问题。naoh水溶液虽然简单、绿色，但是仅能溶解低分子量、低结晶度的纤维素，并且氢氧化钠的使用浓度需大于7％，反应温度为-12℃。虽然，氧化锌和尿素等添加物能够提高纤维素的溶解度，但是其本身的添加量较大，且无法降低氢氧化钠的浓度以及提高反应温度。因此，有必要开发一种能在室温下溶解纤维素，并仅需少量试剂的绿色溶解系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种促进细菌纤维素部分溶解的方法及其应用，该溶解方法操作简单，所需试剂量低，反应可在常温下进行。通过简单处理，可将该部分溶解的细菌纤维素浆液制备成水凝胶，该水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有显著的抑菌效果，可作为医用水凝胶应用于伤口的愈合，拓宽了细菌纤维素的应用。
5.本发明的技术原理：
6.室温下，tempo能将纤维素链上的c6-oh基团氧化成羧基，提高纤维素的亲水性，影响纤维素对小溶剂分子的可及性，从而影响后续的化学处理。zn
2+
能与纤维素上的羧基和羟基相互作用，吸附于纤维表面。吸附zn
2+
的氧化纤维素在naoh水溶液中，形成锌酸盐和zn(oh)4
2-，导致纤维素分子间和分子内的氢键断裂，从而使纤维素溶解。溶解过程中产生的锌酸盐纳米颗粒可释放zn
2+
，使制备的水凝胶具有抑菌性能。
7.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
8.(1)tempo氧化细菌纤维素膜的制备
9.将细菌纤维素膜纯化，挤压，去除部分水分，以0.5％w/v的干重置于水中，然后分别添加tempo和nabr，搅拌溶解后，缓慢加入10mm的naclo溶液，维持反应体系的ph在10.0左右，缓慢搅拌反应8～12h，然后用乙醇终止反应，并将ph调节至中性，然后反复洗涤浸泡，得到氧化后的细菌纤维素膜。
10.(2)氧化细菌纤维素膜的溶解
11.氧化细菌纤维素膜以0.5％w/v的干重置于硝酸锌溶液中，浸泡12h，然后加入氢氧化钠，置于不同温度搅拌，直至氧化纤维素膜分散成均匀的浆液。
12.(3)水凝胶的制备
13.细菌纤维素浆液透析、浓缩至2％w/v，然后取适量的浆液于孔板中，在浆液的上表面添加适量的hcl溶液，然后室温静置，得到基于细菌纤维素的水凝胶，然后用去离子水反复浸泡，直至浸出液的ph为中性。
14.可选地，氧化纤维素膜在锌酸盐-氢氧化钠溶液中的反应温度为0～18℃；硝酸锌的浓度为0.03～0.05m；氢氧化钠的浓度为0.2m～1.0m。
15.本发明的有益效果：
16.(1)tempo氧化促进细菌纤维素在锌酸盐-氢氧化钠溶液中的溶解。
17.(2)与其它氢氧化钠溶解系统，该方法适用的试剂量少，操作简单，反应温度温和。
18.(3)基于部分溶解细菌纤维素制备的水凝胶具有抑菌性能，不需额外添加抗菌剂，可作为敷料应用于伤口愈合。
附图说明
19.图1为本发明中细菌纤维素膜在不同阶段的实物图：(a)细菌纤维素膜；(b)氧化细菌纤维素膜；(c)部分溶解的细菌纤维素。
20.图2为本发明中细菌纤维素膜在不同阶段的扫描电镜图：(a)细菌纤维素膜；(b)氧化细菌纤维素膜；(c)部分溶解的细菌纤维素。
21.图3为本发明中溶解过程中产生的锌酸盐的扫描电镜图。
22.图4为本发明中水凝胶形成效果图：(a)部分溶解的细菌纤维素浆；(b)水凝胶实物图。
23.图5为本发明中水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌效果。
具体实施方式
24.下面通过具体实施方式对本发明进行说明，但本发明并不仅局限于此。
25.下面实施例中使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下面实施例中所用的试剂、材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
26.实施例1
27.将细菌纤维素膜纯化，挤压，去除部分水分，以0.5％w/v的干重置于水中，然后分别添加tempo和nabr，搅拌溶解后，缓慢加入10mm的naclo溶液，维持反应体系的ph在10.0左右，缓慢搅拌反应8～12h，然后用乙醇终止反应，将ph调节至中性，然后反复洗涤浸泡，得到氧化后的细菌纤维素膜，如图1b所示，细菌纤维素膜的透明度提高。通过扫描电镜分析氧化后的细菌纤维素膜，如图2b所示氧化后的细菌纤维素膜的直径降低，但保留原有的三维网络结构。
28.氧化细菌纤维素膜以0.5％w/v的干重置于0.05m硝酸锌溶液中，浸泡12h，然后加入1m氢氧化钠，置于18℃搅拌，直至氧化纤维素膜分散成均匀的浆液，如图1c所示，氧化细菌纤维素膜溶解成浆液，纤维素直径进一步降低。溶解过程中，纤维素上生成片状的锌酸盐
纳米颗粒，如图3所示。
29.细菌纤维素浆液透析、浓缩至2％w/v，然后取3ml浆液于孔板中，在浆液的上表面添加0.5ml的hcl溶液(0.5m)，然后室温静置，得到基于细菌纤维素的水凝胶，然后用去离子水反复浸泡，直至浸出液的ph为中性。制备的水凝胶如图4b所示，倒置以检测水凝胶的形成。初始的细菌纤维素溶液具有流动性，如图4a所示。制备的水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有优异的抑菌效果，其最小抑菌浓度为200mg/ml，如图5所示。
30.实施例2
31.将细菌纤维素膜纯化，挤压，去除部分水分，以0.5％w/v的干重置于水中，然后分别添加tempo和nabr，搅拌溶解后，缓慢加入10mm的naclo溶液，维持反应体系的ph在10.0左右，缓慢搅拌反应8～12h，然后用乙醇终止反应，并将ph调节至中性，然后反复洗涤浸泡，得到氧化后的细菌纤维素膜。
32.氧化细菌纤维素膜以0.5％w/v的干重置于0.03m硝酸锌溶液中，浸泡12h，然后加入0.2m氢氧化钠，置于0℃搅拌，直至氧化纤维素膜分散成均匀的浆液。
33.细菌纤维素浆液透析、浓缩至2％w/v，然后取3ml浆液于孔板中，在浆液的上表面添加0.5ml的hcl溶液(0.5m)，然后室温静置，得到基于细菌纤维素的水凝胶，然后用去离子水反复浸泡，直至浸出液的ph为中性。


技术特征：
1.一种促进细菌纤维素部分溶解的方法及其应用，其特征在于，包括利用tempo对细菌纤维素膜进行预处理；氧化后的细菌纤维素在锌酸盐-氢氧化钠溶液中溶解；基于部分溶解的细菌纤维素制备抑菌水凝胶等步骤。2.根据权利要求1所述的一种促进细菌纤维素部分溶解的方法及其应用，其特征在于，具体步骤为：(1)tempo氧化细菌纤维素膜的制备：将细菌纤维素膜纯化，挤压，去除部分水分，以0.5％w/v的干重置于水中，然后分别添加tempo和nabr，搅拌溶解后，缓慢加入10mm的naclo溶液，维持反应体系的ph维持在10.0左右，缓慢搅拌反应8～12h，然后用乙醇终止反应，并将ph调节至中性，然后反复洗涤浸泡，得到氧化后的细菌纤维素膜。(2)氧化细菌纤维素膜的溶解：将步骤(1)中氧化细菌纤维素膜以0.5％w/v的干重置于硝酸锌溶液中，浸泡12h，然后加入氢氧化钠，置于不同温度搅拌，直至氧化纤维素膜分散成均匀的浆液。(3)水凝胶的制备：将步骤(2)细菌纤维素浆液透析、浓缩至2％w/v，然后取适量的浆液于孔板中，在浆液的上表面添加适量的hcl溶液，然后室温静置，得到基于细菌纤维素的水凝胶，然后用去离子水反复浸泡，直至浸出液的ph为中性。3.根据权利要求1所述细菌纤维素部分溶解的方法，其特征在于：氧化细菌纤维素膜溶解的反应温度为0～18℃。4.根据权利要求1所述细菌纤维素部分溶解的方法，其特征在于：硝酸锌的浓度为0.03～0.05m，氢氧化钠的浓度为0.2m～1.0m。5.根据权利要求1所述一种促进细菌纤维素部分溶解的方法，其特征在于：tempo氧化处理促进细菌纤维素在锌酸盐-氢氧化钠溶液中的溶解。6.根据权利要求1所述一种促进细菌纤维素部分溶解的方法及其应用，其特征在于：基于部分溶解的细菌纤维素制备水凝胶，溶解过程中，引入具有抑菌性能锌酸盐，不需额外添加抑菌剂。该水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌最小抑菌浓度为200mg/ml。

技术总结
本发明公开了一种促进细菌纤维素部分溶解的方法及其应用，属于细菌纤维素溶解及应用领域，本发明提供的促进细菌纤维素溶解的方法和应用，包括以下步骤：利用Tempo将细菌纤维素C6的羟基氧化成羧基，得到氧化细菌纤维素膜；将氧化纤维素膜置于锌酸盐-氢氧化钠溶液中溶解；将部分溶解的细菌纤维素浆液制备成水凝胶。本发明采用Tempo氧化对细菌纤维素膜预处理，促进其在锌酸盐-氢氧化钠溶液中的溶解，反应条件温和，所需试剂量少，操作简单。反应过程中引入锌酸盐颗粒，使水凝胶具有抑菌性能，不需额外添加抑菌剂。制备的水凝胶具有优异的抑菌性、生物相容性，可作为敷料应用于伤口愈合等领域。等领域。等领域。


技术研发人员：钟成 王凤萍 谢燕燕 李文超 辛波 贾士儒
受保护的技术使用者：天津智鼎生物科技有限公司
技术研发日：2022.05.11
技术公布日：2022/9/8