[发明专利]马来酸改性细菌纤维素的方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种马来酸改性细菌纤维素的方法及其产品和应用。本发明以安全的食品级马来酸作为改性剂，细菌纤维素为原料，制备纳米细菌纤维素，并与明胶进行复合制备细菌纤维素‑明胶油墨。通过3D打印技术打印生物支架，将其应用于大鼠颅骨缺损模型中进行修复实验，结果表明所制备的马来酸处理细菌纤维素‑明胶支架具有良好的促进颅骨缺损修复能力，修复效果达到空白组的2.21倍。本发明通过马来酸改性细菌纤维素制备细菌纤维素‑明胶生物支架在促进骨缺损修复方面效果显著，具有巨大的应用潜力和经济效益。

技术领域

本发明属于生物新材料技术领域，具体涉及一种马来酸改性细菌纤维素的方法及其产品和应用。

背景技术

随着科技的发展，人类寿命的延长，人口呈现出老龄化趋势。骨折、腰痛、脊柱侧弯、骨质疏松、骨感染或肿瘤、先天性缺陷、口腔颌面疾病以及骨关节炎等风湿性疾病患病率逐年增加。同时，随着工业现代化的进步，汽车、高楼等逐渐普及，骨组织坏死或创伤等因素也会导致大范围的骨缺损，从而严重影响人们的日常生活。骨组织工程技术是通过模仿骨骼中天然组织结构的基本原理，为细胞提供力学性能支撑和生物功能。目前常用的骨组织工程支架主要分为天然高分子材料、合成高分子材料和无机材料三类。骨组织工程支架已被证明具有促进骨修复的能力，被广泛用于骨修复领域。然而其仍受限于材料的影响，例如：大部分天然高分子材料价格昂贵且机械强度较差；合成高分子材料往往生物活性较差；而无机物则由于脆性高，通常需要与其他材料进行复合使用，同时与有机物相容性较差，在降解过程中易产生难以控制的结构变化，制备工艺繁琐，可操作性低。因此，选择一种性能优异的生物材料用于制备理想的骨组织工程支架具有显著性意义。而现有的骨组织工程支架研究进展仍不够理想，其应该具有来源丰富、制备简单、良好的生物相容性以及良好的机械性能等特点，拥有良好的成本效益和优异的促进骨修复的能力。同时，实际生活中的骨缺损部位结构总是不规则的复杂结构，其不同位置的功能需求可能不同。3D打印技术是一门具有快速、准确的重构或修复缺损器官或组织复杂结构的新兴技术。目前，在组织工程等领域获得了人们的广泛关注和研究，在骨组织工程支架领域具有潜在的研究价值。

细菌纤维素是一种由微生物发酵生成的胞外多糖，其仅由葡萄糖单体组成，提取简单且具有较高的纯度。细菌纤维素具有与植物纤维素相似的化学组成和结构，是由许多β-1，4-糖苷键连接而成的天然高分子聚合物。但其在性能上于植物纤维素有较大差异，具有众多优异的特性。例如，超精细的3D网络结构；具有较高的聚合度和结晶度；具有较高的杨氏模量和抗张强度；具有良好的透气性和亲水性；具有良好的生物可降解性和优异的生物相容性；具有生物合成过程的结构可调控性等特点。目前，细菌纤维素在组织工程领域的研究与应用越来越多，已取得诸多不错的成果。然而，细菌纤维素由于较多的氢键连接导致其结构稳定难以加工，且其表面官能团多为羟基，结构功能单一，导致其应用领域受到限制。同时，细菌纤维素由于其较大的纤维结构和缺乏稳定的自支撑性，限制了其在3D打印领域的应用。而现有的改性方式使用的试剂往往具有毒性，对细胞生长具有潜在的威胁。因此，探究合适的方式对细菌纤维素进行改性对于扩展其应用领域具有潜在的研究价值。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明要解决的技术问题在于提供一种马来酸改性细菌纤维素的方法，使得制备的纳米纤维素具有促进骨修复能力。本发明所需要解决的另一技术问题在于提供所述马来酸改性细菌纤维素的方法的产品。本发明还要解决的一项技术问题是提供所述纤维素在骨缺损修复中的应用。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

马来酸改性细菌纤维素在细胞增殖或骨修复中的应用。

马来酸改性细菌纤维素在3D打印中的应用。

马来酸改性细菌纤维素并与凝胶复合在打印骨缺损部位修复支架中的应用。

一种马来酸改性细菌纤维素的方法，包括以下步骤：

(1)将制备的细菌纤维素纯化后，冷冻干燥并剪切成细小碎片，备用；