[实用新型]动态制备异型空腔细菌纤维素材料的装置

说明书

技术领域

本实用新型属生物材料生产设备领域，特别是涉及一种动态制备异型空腔细菌纤维素材料的装置。

背景技术

细菌纤维素(Bacterial Cellulose，简称BC)是一类由微生物产生的纯纤维素。细菌纤维素和植物纤维一样都是由β-D-葡萄糖通过β-1，4-葡萄糖苷键结合成的直链，直链间彼此平行，不呈螺旋构象，无分支结构，又称为β-1，4-葡聚糖。细菌纤维素由于具有独特的生物亲和性、生物相容性和无过敏反应，以及高的持水性、聚合度、结晶度，良好的三维纳米纤维网络结构、高的张力和强度，尤其是良好的机械韧性，因此在人工血管、组织工程支架、人工皮肤以及治疗皮肤损伤等方面具有广泛的用途，是国际生物医用材料研究的热点之一。

目前细菌纤维素材料的制备一股采用常规静置培养法，获得的是一张纤维素膜。用常规液体深层桨叶垂直搅拌技术会引起木醋杆菌的变异退化，导致其不再合成纤维素，而目前常用的较少引起菌种退化的动态发酵技术(在气升式发酵罐中)仅能制备颗粒状的细菌纤维素材料，由于纤维素可溶于某些化学试剂，因此很早就有人希望将细菌纤维素溶液灌注模具来“铸造”有形状的空腔生物材料。然而效果却并不理想，所获得的纤维素产品不具有原细菌纤维素的优良特性，这可能是由于它的物理结构被改变而导致性能劣化。由于木醋杆菌合成纤维素是一个耗氧的次级代谢过程，纤维素易形成于空气与培养液的交界处，因此氧气是纤维素形成的重要因素。已有的研究表明，只要在静置发酵液中提供表面透氧性能良好、具有一定形状的模具，在模具表面就可以形成该形状的纤维素膜，这样利用细菌在线发酵制备有形生物医用材料就成为可能。

首次利用该原理成功制备有形状的细菌纤维素产品是一个手套形状的人工皮肤(UK Patent 12,169,543；White and Brown，1989)。该技术是利用能透氧气的手形微型织造物(microwoven textiles)作为模具，静态条件下培养。1990和1991年日本人Yamanaka根据同样的原理，利用一个能透氧的空腔圆管，如玻璃纸、特富龙、硅胶、陶瓷等制作的模具，通过注入含活细菌的培养液在静态发酵条件下制备人工血管获得了成功(EP Patent0,396,344；JP Patent 3,272,772)。他以成年杂种狗为实验对象，将制备好的BC管材料植入到大动脉和颈静脉血管中，发现虽然在血管缝合处以及BC管内壁有轻微的血栓吸附，但是BC管始终保持良好的通畅度。2001和2003年德国Klemm等人将一个内部是玻璃圆柱而外部是玻璃圆管组成的模具浸入细菌培养液中，通过静态发酵制备成功小直径人工血管(1～3mm内径)(商品名为BASYC)，并经老鼠动物实验证明该人工血管抗血栓效果很好(WO Patent 0,161,026，US Patent 2,003,013,163)。大白鼠没有经任何抗凝药物处理，观察到颈动脉-BC管复合体被结缔组织包裹，上面布满类似血管滋养管的小血管，BC管完全被活体组织包裹没有任何排斥反应。所有植入的BC管在手术后都保持100％的畅通率，而且没有血栓凝结或者组织增生的现象。由此可见，中空细菌纤维素管是制备＜6mm人工血管的良好材料。此外，该空腔纤维管还可以作为气管、输尿管、软骨支架、覆盖神经纤维的护套，以及某些空腔器官的替代物等(WO Patent 0,161,026；US Patent 2,003,013,163)。2005年美国和瑞典国际合作小组的Svensson等人报道了以细菌纤维素作为软骨组织工程支架的实验结果，并指出效果较好。2006年Backdahl等人通过研究细菌纤维素的机械性能以及与人平滑肌细胞的相互作用指出该材料今后可以用于组织工程血管。以上研究证明了凝胶状的管状BC材料以其高的机械强度、大的持水力、十分规则的内表面和极好的生物相容性等特点，在显微外科手术中作为血管组织替代物具有巨大的应用前景。