專利名稱：一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物材料復(fù)合制備領(lǐng)域，特別涉及一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備。
背景技術(shù)：
高分子水凝膠，是一種能夠在水中溶脹、吸收并保持大量水分而又不溶解于水的親水性的網(wǎng)狀高分子溶脹體，表面光滑，生物相容性好，在生物和醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。高分子水凝膠具有與人體組織性能相似的優(yōu)點(diǎn)，如較高的含水量、柔韌性和低毒性。而且，水凝膠的表面張力比較低，基本不會(huì)從體液中吸附蛋白質(zhì)，因而其對(duì)人體的影響大幅降低。此外，小分子可以自由的擴(kuò)散進(jìn)和擴(kuò)散出水凝膠，使得水凝膠成為藥物緩釋的理想載體。高分子水凝膠還可廣泛應(yīng)用于傷口敷料和器官修復(fù)領(lǐng)域(如角膜、肌肉、皮膚、軟骨等方面)。聚乙烯醇(PVA)水凝膠是親水性聚乙烯醇大分子經(jīng)交聯(lián)后形成的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的水溶脹體。PVA水凝膠具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、良好的物理機(jī)械性能、易于成型、與人體組織良好的生物相容性，特別是PVA水凝膠與人體組織性能相似的物理性質(zhì)、對(duì)水分子等優(yōu)異的透過性、適宜的擴(kuò)展性、良好的柔韌性等，這些特性使PVA水凝膠可以用作傷口敷料、藥物釋放載體、人造組織、組織工程等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。同時(shí)為改善PVA水凝膠的性能以及拓展應(yīng)用，PVA常與一些生物材料復(fù)合形成復(fù)合材料。PVA水凝膠與細(xì)菌纖維素水凝膠復(fù)合，得到的復(fù)合水凝膠在傷口敷料、藥物釋放和組織修復(fù)等生物醫(yī)用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。細(xì)菌纖維素(BC)是由葡萄糖以β-1，4-糖苷鏈連接而成的高分子化合物，作為一種優(yōu)良的生物材料，BC在濕潤狀態(tài)下形成的細(xì)菌纖維素水凝膠具有其獨(dú)特的物理、化學(xué)性能其具有天然的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；良好的力學(xué)性能；高親水性，良好的透氣、`吸水、透水性能。同時(shí)，細(xì)菌纖維素還具有良好的體內(nèi)、體外生物相容性和良好的生物可降解性，這使得細(xì)菌纖維素被廣泛用于生物醫(yī)用材料，如皮膚敷料、人造皮膚、人造血管、組織工程支架材料等。本專利采用浸潰法、輻照交聯(lián)法，制備一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。該水凝膠具有PVA水凝膠網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)與BC水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與人體組織性能相似的物理性質(zhì)、良好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低、無污染，制備的細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠在傷口敷料、藥物釋放和組織修復(fù)等生物醫(yī)用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法。涉及一種生物材料復(fù)合制備領(lǐng)域。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低、無污染，且制備的復(fù)合水凝膠具有良好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，在傷口敷料、藥物釋放和組織修復(fù)等生物醫(yī)用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
本專利涉及的一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法。包括由菌株發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素經(jīng)純化處理和脫水處理得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 50%的細(xì)菌纖維素水凝膠。采用浸潰法，使聚乙烯醇進(jìn)入細(xì)菌纖維素水凝膠內(nèi)部，然后經(jīng)脫泡、脫水處理，高能射線輻照處理得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。作為優(yōu)選的技術(shù)方案
其中，如上所述的一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的發(fā)酵培養(yǎng)細(xì)菌纖維素的菌株是木醋桿菌、根瘤菌屬、八疊球菌屬、假單胞菌屬、無色桿菌屬、產(chǎn)堿菌屬、氣桿菌屬或固氮菌屬中的一種或幾種。如上所述的一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的純化處理方法為，在70 100°C的溫度下，在質(zhì)量百分含量為4 8%的NaOH水溶液中洗滌4 6h，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性。以除去細(xì)菌纖維素上的菌體蛋白和粘附在纖維素膜上的殘余培養(yǎng)基。所述的脫水處理方法為，細(xì)菌纖維素經(jīng)高速離心、真空脫水或壓榨脫水得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 50%的細(xì)菌纖維素水凝膠。這種部分脫水的處理方法，目的是在不破壞細(xì)菌纖維素水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上去除多余的水分子。同時(shí)，提高浸潰處理時(shí)進(jìn)入細(xì)菌纖維素水凝膠內(nèi)部的聚乙烯醇水溶液的含量。如上所述的一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的聚乙烯醇分子量為2 20萬，醇解度為87 99%。聚乙烯醇是由乙酸乙烯酯聚合生成聚乙酸乙烯酯，然后，聚乙酸乙烯酯醇解而制備聚乙烯醇。聚乙烯醇的醇解度和分子量對(duì)聚乙烯醇的物理性質(zhì)影響很大。醇解度為87 89%的聚乙烯醇水溶性較好，在水中能夠快速溶解；而90% 99%的聚乙烯醇需要在熱水中才能溶解。如上所述的一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的浸潰法為在60 100°C下，將細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡在含聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 25%的聚乙烯醇水溶液中4 12h。

如上所述的一種 細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的脫泡、脫水處理方法為浸潰處理后的復(fù)合物在真空度為O. 02 O. 09MPa，溫度為30 40°C下放置3 6h。如上所述的一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的高能射線輻照處理為Y -射線、電子束、X光或紫外線，輻照劑量為15 60kGy。在高能射線輻照處理作用下，聚乙烯醇分子鏈間通過產(chǎn)生的自由基而交聯(lián)在一起。PVA水溶液在一定濃度以上被輻射時(shí)，交聯(lián)度隨輻射劑量的增大而增大，水凝膠的交聯(lián)密度增大，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中微孔的尺寸將會(huì)減小，從而使水凝膠的溶脹比、含水量等降低，故通過控制輻射劑量可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交聯(lián)密度的調(diào)控。輻射交聯(lián)采用的高能射線能均勻地作用在PVA上，PVA的交聯(lián)點(diǎn)分布均勻，并且交聯(lián)度易于控制，能滿足對(duì)PVA水凝膠交聯(lián)密度要求較高的場(chǎng)合；同時(shí)輻照交聯(lián)無需添加引發(fā)劑或交聯(lián)劑，產(chǎn)物純度高且具有較好的光學(xué)透明度，并且在加工過程中還可同步實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的消毒作用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
本專利采用浸潰法、輻照交聯(lián)法，制備一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。該水凝膠具有PVA水凝膠網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)與BC水凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與人體組織性能相似的物理性質(zhì)、良好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低、無污染，水凝膠的制備過程中無需添加引發(fā)劑或交聯(lián)劑，在輻照交聯(lián)的同時(shí)完成了制品的消毒滅菌。制備的細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠在傷口敷料、藥物釋放和組織修復(fù)等生物醫(yī)用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。實(shí)施例1 :
將由木醋桿菌發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素浸泡在質(zhì)量百分含量為4%的NaOH水溶液中，在100°C的溫度下加熱6h，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性。采用高速離心部分脫水得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的細(xì)菌纖維素水凝膠。在60°C下，將分子量為20萬，醇解度為87%的聚乙烯醇溶于蒸餾水中，配制成含聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚乙烯醇水溶液。將細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡在聚乙烯醇水溶液中，60°C下，4h。浸潰處理后的復(fù)合物在真空度為0.02MPa，溫度為30°C下放置3h。然后采用Y -射線輻照處理，輻照劑 量為60kGy，得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。實(shí)施例2:
將由根瘤菌屬發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素浸泡在質(zhì)量百分含量為5%的NaOH水溶液中，在90°C的溫度下加熱5h，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性。采用高速離心部分脫水得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的細(xì)菌纖維素水凝膠。在60°C下，將分子量為15萬，醇解度為89%的聚乙烯醇溶于蒸餾水中，配制成含聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的聚乙烯醇水溶液。將細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡在聚乙烯醇水溶液中，70°C下，6h。浸潰處理后的復(fù)合物在真空度為0.04MPa，溫度為40°C下放置6h。然后采用Y-射線輻照處理，輻照劑量為50kGy，得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。實(shí)施例3:
將由八疊球菌屬發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素浸泡在質(zhì)量百分含量為6%的NaOH水溶液中，在80°C的溫度下加熱4h，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性。采用真空脫水處理得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的細(xì)菌纖維素水凝膠。在70°C下，將分子量為12萬，醇解度為90%的聚乙烯醇溶于蒸餾水中，配制成含聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的聚乙烯醇水溶液。將細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡在聚乙烯醇水溶液中，80°C下，8h。浸潰處理后的復(fù)合物在真空度為O. 06MPa，溫度為30°C下放置6h。然后采用電子束輻照處理，輻照劑量為40kGy，得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。實(shí)施例4
將由假單胞菌屬發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素浸泡在質(zhì)量百分含量為7%的NaOH水溶液中，在70°C的溫度下加熱6h，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性。采用真空脫水處理得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%的細(xì)菌纖維素水凝膠。在80°C下，將分子量為10萬，醇解度為92%的聚乙烯醇溶于蒸餾水中，配制成含聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的聚乙烯醇水溶液。將細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡在聚乙烯醇水溶液中，90°C下，IOh0浸潰處理后的復(fù)合物在真空度為O. 09MPa，溫度為40°C下放置5h。然后采用電子束輻照處理，輻照劑量為30kGy，得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。實(shí)施例5
將由無色桿菌屬發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素浸泡在質(zhì)量百分含量為8%的NaOH水溶液中，在70°C的溫度下加熱5h，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性。采用壓榨脫水得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%的細(xì)菌纖維素水凝膠。在100°C下，將分子量為2萬，醇解度為99%的聚乙烯醇溶于蒸餾水中，配制成含聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的聚乙烯醇水溶液。將細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡在聚乙烯醇水溶液中，100°C下，12h。浸潰處理后的復(fù)合物在真空度為O. 02MPa，溫度為30°C下放置4h。然后采用X光輻照處理，輻照劑量為20kGy，得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。實(shí)施例6
將由氣桿菌屬發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素浸泡在質(zhì)量百分含量為6%的NaOH水溶液中，在90°C的溫度下加熱4 h，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性。采用壓榨脫水得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的細(xì)菌纖維素水凝膠。在100°C下，將分子量為8萬，醇解度為96%的聚乙烯醇溶于蒸餾水中，配制成含聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的聚乙烯醇水溶液。將細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡在聚乙烯醇水溶液中，100°C下，6h。浸潰處理后的復(fù)合物在真空度為0.09MPa，溫度為40°C下放置3h。然后采用紫外線輻照處理，輻照劑量為15kGy，得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，包括由菌株發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素經(jīng)純化處理和脫水處理得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 50%的細(xì)菌纖維素水凝膠，采用浸潰法，使聚乙烯醇進(jìn)入細(xì)菌纖維素水凝膠內(nèi)部，然后經(jīng)脫泡、脫水處理，高能射線輻照處理得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。
2.如權(quán)利要求1，一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的發(fā)酵培養(yǎng)細(xì)菌纖維素的菌株是木醋桿菌、根瘤菌屬、八疊球菌屬、假單胞菌屬、無色桿菌屬、產(chǎn)堿菌屬、氣桿菌屬或固氮菌屬中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1，一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的純化處理方法為，在70 100°C的溫度下，在質(zhì)量百分含量為4 8%的NaOH水溶液中洗滌4 6h，再用蒸餾水反復(fù)沖洗至中性，所述的脫水處理方法為，細(xì)菌纖維素經(jīng)高速離心、 真空脫水或壓榨脫水得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30 50%的細(xì)菌纖維素水凝膠。
4.如權(quán)利要求1，一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的聚乙烯醇分子量為2 20萬，醇解度為87 99%。
5.如權(quán)利要求1，一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的浸潰法為在60 100°C下，將細(xì)菌纖維素水凝膠浸泡在含聚乙烯醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10 25% 的聚乙烯醇水溶液中4 12h。
6.如權(quán)利要求1，一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的脫泡、脫水處理方法為浸潰處理后的復(fù)合物在真空度為O. 02 O. 09MPa，溫度為30 40°C下放置3 6h。
7.如權(quán)利要求1，一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法，其特征是所述的高能射線輻照處理為Y-射線、電子束、X光或紫外線，輻照劑量為15 60kGy。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠的制備方法。涉及一種生物材料復(fù)合制備領(lǐng)域。包括由菌株發(fā)酵培養(yǎng)得到的細(xì)菌纖維素經(jīng)純化處理和脫水處理得到含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30～50%的細(xì)菌纖維素水凝膠。采用浸漬法，使聚乙烯醇進(jìn)入細(xì)菌纖維素水凝膠內(nèi)部，然后經(jīng)脫泡、脫水處理，高能射線輻照處理得到細(xì)菌纖維素/聚乙烯醇復(fù)合水凝膠。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低、無污染，且制備的復(fù)合水凝膠具有良好的力學(xué)性能、化學(xué)穩(wěn)定性和生物相容性，在傷口敷料、藥物釋放和組織修復(fù)等生物醫(yī)用領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08L1/02GK103044694SQ20121058833
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者鐘春燕, 其他發(fā)明人請(qǐng)求不公開姓名 申請(qǐng)人:鐘春燕