[发明专利]一种三维形状细菌纤维素及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种三维形状细菌纤维素及其制备方法与应用，属于高分子材料技术领域。制备方法为利用固体石蜡制作出三维形状的蜡模，将乳化后聚二甲基硅氧烷的预聚物倒在蜡模四周，固化后融去蜡模，形成中空三维PDMS海绵；将能产生细菌纤维素的培养液注入到PDMS海绵中，PDMS海绵内表面贴壁生长细菌纤维素，撕下海绵，即得到中空三维形状细菌纤维素。本发明制备方法工艺简单，所需发酵时间短，图案保真度高，能够形成复杂的中空、无缝的三维细菌纤维素，并兼具良好的生物相容性，是理想的环境友好的生物医学材料。

技术领域

本发明属于高分子材料和生物制造的技术领域，特别涉及一种三维形状细菌纤维素及其制备方法与应用。

背景技术

细菌纤维素是醋酸菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属和八叠球菌属等产生的一种纳米纤维素，自然界中含量丰富且可生物降解的天然高分子。由于其耐用性以及在体内低的炎症反应被越来越多地用于医用材料，例如在伤口治疗、血管和器官移植、组织工程支架、药物释放、皮肤给药等方面已取得突破进展，并已应用于临床。此外，在造纸、食品、屏幕和高级音响制品中均已实现规模化生产。

目前已经有部分关于制作三维形状的细菌纤维素生物材料的报道，这些研究有的是利用3D打印，直接打印出三维的细菌纤维素材料或打印含有细菌的复合材料经发酵形成三维的细菌纤维素材料，有的是利用疏水但透气的粉末颗粒涂抹三维模具表面形成一层很薄的透气层，加入细菌培养液过发酵培养细菌而生成三维的纤维素材料。3D打印虽然能够快速形成复杂精细的三维形状的纤维素材料，但是3D打印机价格昂贵，操作复杂。利用疏水透气的粉末制作三维形状的细菌纤维素材料，制作过程复杂，并且形成的三维形状有限。因此本发明提供了一种细菌纤维素有序自组装的新工艺，利用传统失蜡法工艺，能够简单的手工制作各种三维蜡模，然后利用流动性良好的乳化后PDMS预聚液，浇筑形成通气性良好的，且疏水的 PDMS海绵中空、三维模具，利用该模具能够在宏观尺度上控制细菌纤维素纤维的排列，同时能够及时地进行气体交换，满足细菌的快速生长，从而快速、高效地制作高精度的中空、三维细菌纤维素生物材料。

发明内容

本发明解决了现有技术中中空三维细菌纤维素制作工艺复杂以及形成三维形状多样性不足的技术问题。

按照本发明的第一方面，提供了一种中空三维形状水乳化聚二甲基硅氧烷海绵的制备方法，含有以下步骤：

(1)将聚二甲基硅氧烷的预聚物A与固化剂B混合均匀，得到溶液C；

(2)向步骤(1)所得的溶液C中加入有机溶剂，充分混匀后得到溶液D；

(3)向步骤(2)所得的溶液D逐滴滴加水，同时进行搅拌，形成水乳化聚二甲基硅氧烷与有机溶剂的混合物；

(4)将步骤(3)得到的水乳化聚二甲基硅氧烷与有机溶剂的混合物倾倒在三维蜡模的四周；

(5)将步骤(4)中四周倾倒有水乳化聚二甲基硅氧烷与有机溶剂的混合物的三维蜡模先静置固化，然后加热固化；待水乳化聚二甲基硅氧烷与有机溶剂的混合物固化后，将蜡模融化并倒出蜡膜液；再去除所述固化的水乳化聚二甲基硅氧烷与有机溶剂的混合物中的有机溶剂，然后烘干水分，即得到中空三维形状水乳化聚二甲基硅氧烷海绵。

优选地，以步骤(1)所述溶液C、步骤(2)所述有机溶剂以及步骤 (3)所述水的总质量为100％计，步骤(1)所述溶液C的质量占6％-19％；步骤(2)所述有机溶剂的质量占3.8％-13％；步骤(3)所述水的质量占 74％-83％。

优选地，步骤(2)所述的有机溶剂为液体石蜡油或硅油；步骤(1) 所述溶液C、步骤(2)所述的液体石蜡油和步骤(3)所述的水的质量比为(4-6)：(7-8)：(34-36)。

优选地，步骤(5)所述静置固化为在20℃-25℃条件下，静置4h-10h；步骤(5)所述加热固化的温度为60℃-75℃，时间为4h-6h。