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从细菌中诞生的新型纳米材料——细菌纤维素

发布时间: 2019-03-07 14:05:44   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

植物细胞壁的主要组分-纤维素非常常见且应用普遍,如织物、纸张、人造丝等广泛应用,且大都是以天然植物为主要来源。而细菌纤维素,作为由细菌发酵合成的多孔性网状纳米级生物高分子聚合物,有着独特的性能。

通常来说,按菌种不同,细菌纤维素可以分为土壤杆菌属、醋酸菌属、产气杆菌属、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌属、产碱菌属、无色杆菌属和固氮菌属等。虽然说菌属众多,但只有醋酸菌属尤其是木醋杆菌,目前能够进行大规模工业化生产。这是因为工业化的菌株必须满足发酵条件温和、纤维素产率高、遗传性状稳定、菌体生长速度较快、生产成本低等。

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化学组成与天然纤维素非常相似的细菌纤维素,具有独特的纳米网状结构,因其工艺特性,还具有纯度高(不含植物细胞壁成分)、生物相容性和可降解性、可调控性、高聚合度和结晶度、高吸水率等。这些优良的特性使其拥有广阔的商业前景,如用在食品、保健品、应用材料、纺织工业、电子信息等。

在食品工业中,细菌纤维素是一种非常优秀的食品添加剂,作为增稠剂、成型剂、分散剂等应用在火腿肠、午餐肉等食品中;从椰汁或菠萝水中发酵制成的细菌纤维素,也被称为椰果,常被添加到果冻、饮料、糖果和罐头中增加风味,补充膳食纤维。同时,细菌纤维素由于不易被人体吸收,并有饱腹感、防便秘、降低胆固醇等功效,使其在国际保健品行业中也倍受关注。

在医用材料领域中,细菌纤维素作为一种天然的生物大分子材料,具有良好的生物相容性,同时纳米网状结构也带来的湿态时高的机械强度、良好的液体和气体透过性,还具有防止伤口感染、抑制细菌生长的特点,因此能够应用作为人造皮肤、人造软骨、人造血管等人工组织结构。此外,细菌纤维素的机械和生物性能,使其还能用作医用敷料、医用互理品等,如做绷带、纱布和创可贴等可有效缓解疼痛,加快伤口愈合,制作成外科手套等能够防止形变和开裂。

在纺织品领域,细菌纤维素天然的可以替代植物纤维素,因为分子组成相近,且明显优于植物纤维素的高拉伸强度、高的孔隙率和独特的纳米纤维状结构,因此可添加来改良棉麻纺织品,使其更耐脏和耐洗涤,使用寿命也得到增强。对于人造纺织品,细菌纤维素同样是好帮手,应用添加到涤纶织物上,织物的亲水性能、抗静电性能有很大改善,这有效减少了涤纶对抗静电整理剂的依赖,减少了对环境的污染。

在电子信息领域,细菌纤维素还能作为信息显示的媒介,这是由于细菌纤维素具有高反射率、弹性和尺寸稳定性,如制作成电子书页或电子液晶屏,因此可以用于电子传感器、信息储存、电子屏蔽涂层及防伪等领域。此外,细菌纤维素因为纳米结构和高孔隙率特点,也能适用于制备吸附和运输性能的质子导电膜和有机发光二极管,因而被应用在生物传感器、生物燃料电池等领域。

总体来说,细菌纤维素是一种性能优良的生物材料,细菌纤维素的应用研究涉及了食品、医药、纺织、电子信息等多个工业领域。由于细菌纤维素是由细菌合成,天然无污染,生物可降解的特点,是一种绿色节能环保型材料,同时纳米网状结构带来的高机械强度和其抗菌性能,大大拓展了其应用范围。作为一种新型生物材料,目前细菌纤维素在医用敷料、医用组织工程、导电材料等方面成为研究的热点,市场前景非常广阔。