[发明专利]亲水性细菌纤维素的制备方法、亲水性细菌纤维素及应用

说明书

本申请公开了一种亲水性细菌纤维素的制备方法、亲水性细菌纤维素及应用，所述制备方法是利用原子转移自由基聚合(ATRP)技术在细菌纤维素表面进行化学改性，将丙烯酸钠单体均匀接枝聚合到细菌纤维素上，实现对细菌纤维素的成功表面化学改性，改性后细菌纤维素具有优异的亲水性能，并且随着时间的推移，仍然能够维持亲水性。相对于传统的直接涂抹亲水层的改性，ATRP技术能够均匀、有效、精准进行改性。

技术领域

本发明涉及生物医学材料改性技术领域，更具体地，涉及一种亲水性细菌纤维素的制备方法、亲水性细菌纤维素及应用。

背景技术

细菌纤维素(BC，bacterial cellulose)是不含任何杂质的天然纤维素，由醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)等中的某种微生物合成的纤维素的统称。醋酸菌属中的葡糖醋杆菌(Glucoacetobacterxylinum，旧名木醋杆菌Acetobacter xylinum)具有较高的纤维素生产能力，被确认为研究纤维素合成、结晶过程和结构性质的模型菌株。细菌纤维素拥有以下特征：(1)具有较高的纯度和结晶度。与植物纤维素相比，细菌纤维素不含半纤维素、木质素等杂质，以100％的纤维素形式存在。(2)精细的网络结构。细菌纤维素纤维是由直径3～4nm的微纤组合成40～60nm粗的纤维束，并相互交织形成发达的超精细网络结构。由木醋杆菌生产的细菌纤维素的直径在0.01～0.1μm之间，是天然的纳米级材料。而植物纤维素的直径大约10μm，是细菌纤维素的百倍。(3)合成时可调控性。发酵条件不同所得的纤维素结构和特性也不同。(4)可降解性和重复利用性。在自然条件下，微生物可将纤维素降解为小分子的糖，不会造成环境的污染。(5)良好的亲水性和透气性。细菌纤维素内部存在大量的亲水性基团，分子间及分子内部由氢键相互连接，因此决定了细菌纤维素是一种水凝胶，其中结合水占大部分，自由水仅占10％。(6)高抗张强度和杨氏模量。细菌纤维素经干燥处理后，杨氏模量可达10MPa，是合成纤维素的4倍。

因为细菌纤维素具有以上提到精细的网络结构、较高的机械强度、较高的吸水和保水性能、良好的生物相容性和生物降解性等许多独特的性质，近年来，针对其深入研究主要集中在生物医学、电化学与光学、食品包装等领域，是当今国际生物材料研究的热点之一。然而，在某些具体的生物材料设计中，比如说敷料、止血剂等，这些要求材料本身需满足强吸水性能，才能够快速高效吸取生物性渗液、浓缩出血区域的血液(提升凝血因子、纤维蛋白原的浓度，加速止血)。虽然细菌纤维素具有一定的亲水性能，但为了提升以细菌纤维素为基础制备的敷料或者止血剂的性能，增强细菌纤维素的亲水性能是一个值得探讨的领域。

原子转移自由基聚合(ATRP)是一种新的活性聚合反应。与原子转移自由基加成反应一样，在原子转移自由基聚合中，二种不同的催化方法可形成碳-碳、碳-硫、碳-氮等键。该反应体系是以有机卤化物为引发剂、过渡金属配合物为卤原子载体，通过氧化还原反应，在活性种与休眠种之间建立可逆的动态平衡，从而实现了对聚合反应的控制。优势为：(1)适于ATRP的单体种类较多：大多数单体如甲基丙烯酸酯，丙烯酸酯，苯乙烯和电荷转移络合物等均可顺利的进行ATRP，并已成功制得了活性均聚物，嵌段和接枝共聚物；(2)可以合成梯度共聚物：在聚合初期活性较大的单体进入聚合物，随着反应的进行，活性较大的单体浓度下降，而活性较低的单体更多地进入聚合物链，这样就形成了共聚单体随时间的延长而呈梯度变化的梯度共聚物；(3)适用于众多工业聚合方法，如本体聚合，溶液聚合，和乳液聚合；(4)聚合的单体均匀、可控，可间接实现性能的调控。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种亲水性细菌纤维素的制备方法，所述制备方法利用原子转移自由基聚合(ATRP)技术在细菌纤维素表面进行化学改性，将丙烯酸钠单体均匀聚合到细菌纤维素上，相对于传统的直接涂抹亲水层的改性或者共混的改性，ATRP技术能够均匀、有效、精准进行改性。