[发明专利]一种多功能复合生物材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种多功能复合生物材料的制备方法及应用，属于生物医用材料技术领域。其主要由细菌纤维素即BC和水溶性壳聚糖组成，其形态为膜状，其结构为排列紧密均匀的三维多孔网状结构。其制备方法为：将BC纤维打成浆，经冷冻超微粉碎后，溶于N,N‑二甲基乙酰胺复合溶剂中，密封摇匀，然后静置，加热，即得活化BC溶液；将水溶性壳聚糖粉末与活化BC溶液进行混配，加热，搅拌均匀，然后倒入模具中，并加入凝固液，制成膜状，即得多功能复合生物材料。本发明的多功能复合生物材料的结构排列紧密均匀，疏松透气，具有抗菌、抑菌、止血和促进伤口愈合的优异性能，在生物医学治疗中作为医用敷料具有极大的实用价值。

技术领域

本发明属于生物医用材料技术领域，具体涉及一种多功能复合生物材料的制备方法及应用。

背景技术

BC具有多孔三维网络结构，微纤维的尺寸约50-80nm，在纳米材料范围，有很大的比表面积，而且纳米纤维上含有大量的羟基，拥有许多有效的反应活性位点。因此，可以利用BC超精细的三维纳米网络结构为基体，来控制或合成具有特定形貌功能的新型纳米复合材料，也可以将一些容易分散且状态稳定的无机物或者聚合物分子引入到BC网络结构中，从而制备不同功能特性的BC基复合材料，满足不同领域的需求。BC优异的结构特性和模板性能为复合材料的制备提供了足够的空间，同时可以控制纳米材料的尺寸、形状、结构和性质，并且密集的三维网络可以使纳米材料均匀分散在其中，不会出现大量的堆积现象，从而得到具有预期形貌与尺寸的纳米复合材料。

目前，国内外研究报道的BC复合材料的制备方法主要包括：生物复合、溶液浸泡和溶液共混法。

生物复合法是以细菌纤维素为基质的复合材料，在BC生物合成前，在培养基中掺杂其它增强分子或单元，在BC生长过程中这些增强材料生长在BC微纤维中，成为BC原纤维网状结构的一部分，从而形成细菌纤维素基复合物。Serafica等在BC发酵培养基中添加不同的微纳米颗粒制备了BC基复合材料，将氧化铁粒子复合到BC网络中，使BC带有磁性；BC中引入了碳酸钙和滑石粉，制备的复合材料具有良好的柔软性和反应灵敏性，同时机械性能强度增加了1-2倍；在BC生物发酵液中加入纸纤维微颗粒，与BC纤维共同生长成膜，相互贯穿形成网络，机械强度和韧性都得到了提高。Saibuatong等将芦荟胶添加到BC发酵培养基中，静态培养制备一种新型纤维增强生物复合膜，研究发现在培养基中添加30wt％芦荟凝胶，复合膜的机械强度、结晶度、吸水性和水蒸气渗透率明显增强，另外孔径分布变窄，平均孔径与未改性的BC相比减小了4/5。Yan等在培养基里加入多壁碳纳米管(MWNTs)制得细菌纤维素-碳纳米管复合材料，碳纳米管被嵌入BC纤维的网络中，构建成细菌纤维素纤维-碳纳米管三维网络结构，测试结果表明该材料结晶指数、晶粒大小、纤维素Iα含量均降低。朱清梅等将分子量不同的透明质酸(HA)添加到BC培养基中，发酵制得BC/HA复合膜，经过表征发现HA是以交联的形式依附在BC的微纤丝上，这样不仅提高了复合物的产量，而且BC的热稳定性和拉伸强度也有所增强。Chen等在BC培养基中加入果胶，从而影响了BC薄膜结构、产量和生长速度，BC纤维丝变细，果胶填入BC网格中致使结构变的紧密。Esra等通过生物复合法将不同纳米颗粒复合至BC三维网络结构中，如纤维素微纤丝，剥落的石墨烯纳米片和粘土，测试结果发现这些纳米颗粒可以嵌在BC空隙和微纤维中，并且分散良好，BC复合膜的热稳定性和残渣量明显增大。Ana等在BC培养基中添加聚已酸内酯(PCL)粉末，然后通过热压法成功制得细菌纤维素/聚己酸内酯纳米复合膜，PCL粉末均匀分散在BC网格中，并且没有改变BC的网络结构，热稳定性能和机械性能明显增强，同时该材料表现出良好的生物相容性和生物降解性，在生物医学和食品包装领域有很大的应用潜力。

生物复合法是制备BC复合材料最常用的方法，而且绿色环保，但是这种技术也有一定局限性，如：一些具有生物抗菌活性的粒子如银纳米粒子、纳米氧化锌、二氧化钛等，不能直接加入到BC培养基中，因为它们对BC发酵微生物有毒性；另外，如果添加粒子在BC培养基中，容易发生絮凝沉降，使用动态搅拌发酵培养很难形成BC薄膜。