一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法

摘要

本发明涉及一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法，属于细菌纤维素水凝胶的制备领域。本发明将超疏水模具浸没在细菌培养基中，使超疏水膜具表面与细菌培养基之间形成一层空气膜，细菌聚集在空气膜周围并分泌细菌纤维素，超疏水模具表面将生成一层细菌纤维素水凝胶。本发明制备出的管状细菌纤维素水凝胶一体成型，不需要进行多次加工，避免裂口的产生。

说明书

技术领域

本发明涉及细菌纤维素水凝胶的制备领域，更具体地，涉及一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法。

背景技术

细菌纤维素水凝胶作为一种天然的高分子材料，具有良好的生物相容性、可降解性、被广泛应用于生物医学器械、化妆品、组织工程支架、伤口敷料等领域。在组织工程领域，将细菌纤维素水凝胶设计成为管状，能够很好的应用在血管支架和人造血管中。传统的细菌纤维素水凝胶的生产是通过木醋杆菌的大规模发酵培养进行，含有木醋杆菌的培养基在液气交界处有较高的含氧量，诱使木醋杆菌在气液交界处分泌形成一层细菌纤维素水凝胶膜。由此，想要制备管状细菌纤维素水凝胶只能通过将薄膜状的细菌纤维素水凝胶卷曲粘合，制备过程较为复杂，条件不易控制，且得到的管状细菌纤维素水凝胶易在粘合处撕裂，影响使用效果，所以我们需要开发一种新的细菌纤维素的制备方法能够得到所需要的管状细菌纤维素水凝胶。

发明内容

本发明为解决现有技术无法有效生产管状细菌纤维素水凝胶的难题，本发明将超疏水模具浸没在细菌培养基中，使超疏水膜具表面与细菌培养基之间形成一层空气膜，细菌聚集在空气膜周围并分泌细菌纤维素，超疏水模具表面将生成一层细菌纤维素水凝胶。本发明制备出的管状细菌纤维素水凝胶一体成型，不需要进行多次加工，避免裂口的产生。

根据本发明的目的，提供了一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法，包括以下步骤：

(1)将直条形的超疏水模具浸入培养基中，所述超疏水膜具表面与培养基之间形成一层空气膜；所述培养基用于培养能产生细菌纤维素的微生物；

(2)将培养基和超疏水模具灭菌后，向培养基中接种能产生细菌纤维素的微生物；所述微生物聚集在步骤(1)所述空气膜周围并分泌细菌纤维素，使得超疏水模具表面生成一层细菌纤维素水凝胶。

优选地，所述超疏水模具为片状、圆柱状或棱柱状。

优选地，所述棱柱状为三棱柱状或四棱柱状。

优选地，所述超疏水模具上端固定在容器侧壁。

优选地，所述超疏水模具悬浮在培养基中。

优选地，所述超疏水模具由模具材料涂敷纳米二氧化硅分散液并干燥后获得。

优选地，所述超疏水模具接触角大于150°。

优选地，所述微生物为木醋杆菌、土壤杆菌、根瘤菌或八叠球菌。

优选地，步骤(2)之后，将超疏水模具表面生成的细菌纤维素水凝胶脱模处理，再分别用酒精浸泡和NaOH溶液蒸煮至白色或透明，最后使用超纯水将管状细菌纤维素水凝胶处理为中性。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

本发明提出了一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法。能产生细菌纤维素的微生物(优选为木醋杆菌)分泌细菌纤维素的行为具有趋氧性，而超疏水材料具有极强的疏水能力，超疏水材料表面稳定接触角大于150°，滚动接触角小于10°。将超疏水材料浸没在水下能够形成一层空气膜。本发明将超疏水模具浸没在细菌(优选为木醋杆菌)培养基中，使超疏水膜具表面与细菌(优选为木醋杆菌)培养基之间形成一层空气膜，将细菌(优选为木醋杆菌)培养基和超疏水模具一同灭菌后接种木醋杆菌，并置于合适条件下培养，细菌(优选为木醋杆菌)聚集在空气膜周围并分泌细菌纤维素，在足够的培养时间后，超疏水模具表面将生成一层细菌纤维素水凝胶，将超疏水模具表面生成的细菌纤维素水凝胶脱模处理后，分别用酒精浸泡和NaOH溶液蒸煮至白色或透明，最后使用超纯水将管状细菌纤维素水凝胶处理为中性得到本发明所制备的管状细菌纤维素水凝胶。本发明所涉及的利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法操作简单，易于实现大规模生产，且制备出的管状细菌纤维素水凝胶一体成型，不需要进行多次加工，避免裂口的产生，通过控制超疏水模具的尺寸，能够制备出特定内径的管状细菌纤维素水凝胶。

附图说明

图1是按照本发明的利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法示意图。

图2是超疏水模具和非超疏水模具浸没于木醋杆菌培养基的照片。

图3是超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的原理图。

图4是按照本发明的利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的具体步骤。

图5是利用超疏水模具制备管状细菌纤维素的照片。

图6是按照本发明培养出的管状细菌纤维素水凝胶的照片。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-超疏水模具、2-培养容器、3-木醋杆菌培养基、4-空气膜、5-液面、6-木醋杆菌、7-管状细菌纤维素水凝胶。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

按照本发明，分泌细菌纤维素的微生物(优选为木醋杆菌)具有趋氧性，在氧气充足的液气交界处能够分泌细菌纤维素，所分泌的细菌纤维素在培养基中以凝胶的状态存在。

按照本发明，提供了一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法，具体步骤包括：

步骤1：制备所需尺寸的超疏水模具，准备装有木醋杆菌培养基的培养容器，将超疏水模具以垂直的姿态固定在培养容器中，并在木醋杆菌培养基中浸没一段。

步骤2：准备无菌环境。

步骤3：在无菌环境中接种木醋杆菌种子。

步骤4：将接种了木醋杆菌种子的培养容器置于培养箱中连续培养4日。

步骤5：取出超疏水模具并将超疏水模具表面生成的细菌纤维素水凝胶脱模处理，将脱模后的细菌纤维素水凝胶分别用酒精浸泡和NaOH溶液蒸煮至白色或透明，使用超纯水将管状细菌纤维素水凝胶处理为中性。

一些实施例中，所述超疏水模具由模具材料涂敷纳米二氧化硅分散液并干燥后获得；所述模具材料为纸材、纤维材料或粗糙木材。

按照本发明，步骤1所需的超疏水模具具有超疏水性能，其接触角大于150°。

按照本发明，所需的超疏水模具在木醋杆菌培养基中能够形成一层空气膜。

按照本发明，步骤1所需的木醋杆菌培养基由含6.8g/L十二水合磷酸氢二钠、5g/L酵母膏、5g/L蛋白胨、1.5g/L一水合柠檬酸、20g/L葡萄糖配制而成。木醋杆菌培养基能够为木醋杆菌的生长以及细菌纤维素的分泌提供足够的营养。

按照本发明，步骤2所准备的无菌环境在实验室中为超净工作台环境。

按照本发明，步骤3所涉及的木醋杆菌种子的接种过程在无菌环境中完成，实验室中使用超净工作台中完成。无菌环境避免了环境细菌的污染，保证接种后木醋杆菌的正常生长和细菌纤维素的正常分泌。

按照本发明，木醋杆菌的最适培养温度为30℃，步骤4所述的培养箱环境一般为30℃。

按照本发明，步骤4所述的连续培养4日可根据木醋杆菌具体的生长状况、细菌纤维素的分泌状况进行调整。

按照本发明，步骤5中的超疏水模具在完成培养之后有细菌纤维素水凝胶包裹在其表面，脱模处理能够取出包裹的细菌纤维素水凝胶。

按照本发明，步骤5脱模后的管状细菌纤维素水凝胶还需要经过酒精、NaOH溶液、纯水等处理。酒精浸泡的目的使杀灭水凝胶中存在的木醋杆菌。使用NaOH蒸煮的目的是为了以去除残留的培养基以及木醋杆菌生长过程中所产生的内毒素，蒸煮所使用的NaOH一般为1mol/L。超纯水处理至中性是为了将管状细菌纤维素水凝胶处理为中性，以便做后续使用。

按照本发明，管状细菌纤维素水凝胶的生成过程在培养容器中完成。

按照本发明，所述利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法操作方便，工艺过程简单，可以通过在一个培养容器内安置多个超疏水模具以及扩大培养容器数量实现大规模生产。

按照本发明，所述利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法，所制备的管状细菌纤维素水凝胶的内径与超疏水模具的外径相同，可以通过改变超疏水模具的尺寸改变空气膜的尺寸，进而适应性生产不同管径的管状细菌纤维素水凝胶。

按照本发明，所述利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法所制备的管状细菌纤维素水凝胶的长度与超疏水模具浸没于木醋杆菌培养基的长度相同，可以通过改变超疏水模具浸没于木醋杆菌培养基的长度改变所产生空气膜的长度，进而适应性生产不同长度的管状细菌纤维素水凝胶。

按照本发明，所述利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法所制备的管状细菌纤维素水凝胶的厚度与培养时间有关，在一定时间范围内，可以通过改变培养时间，适应性生产不同厚度的管状细菌纤维素水凝胶。

本发明为解决现有技术无法有效生产管状细菌纤维素水凝胶的难题，提出了一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法。本发明将超疏水模具1通过液面5浸没在木醋杆菌培养基3中，使超疏水膜具1表面与木醋杆菌培养基3之间形成一层空气膜4，将木醋杆菌培养基3和超疏水模具1一同灭菌后接种木醋杆菌6，并置于合适条件下培养，木醋杆菌6聚集在空气膜4周围并分泌细菌纤维素，在足够的培养时间后，超疏水模具1表面将包裹一层管状细菌纤维素水凝胶7，将超疏水膜具1表面生成的管状细菌纤维素水凝胶7脱模处理后，分别用酒精浸泡和NaOH溶液蒸煮至白色或透明，最后使用超纯水将管状细菌纤维素水凝胶7处理为中性得到本发明所制备的管状细菌纤维素水凝胶7。本发明所涉及的利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法操作简单，易于实现大规模生产，且制备出的管状细菌纤维素水凝胶一体成型，不需要进行多次加工，避免的裂口的产生，通过控制超疏水模具的尺寸，能够制备出特定内径的管状细菌纤维素水凝胶。

实施例1

为了对本发明所涉及的利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法进行详细阐述，本实施例将结合图1进行说明。本实施例将超疏水模具1浸没在木醋杆菌培养基3中，使超疏水膜具1表面与木醋杆菌培养基3之间形成一层空气膜4，木醋杆菌6聚集在空气膜4周围并分泌细菌纤维素，超疏水模具1表面将生成一层管状细菌纤维素水凝胶7。

实施例2

为了对实施例1中将超疏水模具1浸没在木醋杆菌培养基3中使超疏水膜具1表面与木醋杆菌培养基3之间形成一层空气膜4进行阐述，本实施例将结合图2进行说明。本实施例将超疏水模具1浸没于木醋杆菌培养基3中，形成了空气层4，空气层4呈现出银亮的气体状态。本实施例将非超疏水模具浸没于木醋杆菌培养基3中，未出现银亮的空气膜。

实施例3

为了对实施例1中木醋杆菌6聚集在空气膜4周围并分泌细菌纤维素的具体原理进行阐述，本实施例将结合图3进行说明。本实施例中，木醋杆菌6具有趋氧性，会向氧含量高的地方移动，并以氧气为原料分泌细菌纤维素，将超疏水模具1浸没于木醋杆菌培养基3中，形成一层空气膜4，空气膜4连通大气，含有氧气成分，能够使木醋杆菌向空气膜4周围移动并分泌细菌纤维素，木醋杆菌在分泌细菌纤维素的过程中逐步消耗空气膜4内的氧气并使分泌的细菌纤维素紧紧包裹在超疏模具表面，形成一层管状细菌纤维素水凝胶7。

实施例4

为了对实施例1所述的利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法进行过程阐述，本实施例将结合图4进行说明本发明所设计利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶7的具体制备过程。

步骤1：制备所需尺寸的超疏水模具，准备装有木醋杆菌培养基3的培养容器2，将超疏水模具1以垂直的姿态固定在培养容器中，并在木醋杆菌培养基3中浸没一段。

步骤2：准备无菌环境。

步骤3：在无菌环境中接种木醋杆菌种子。

步骤4：将接种了木醋杆菌6种子的培养容器2置于培养箱中连续培养4日。

步骤5：取出超疏水模具1并将超疏水模具1表面生成的细菌纤维素水凝胶脱模处理，将脱模后的细菌纤维素水凝胶分别用酒精浸泡和NaOH溶液蒸煮至白色或透明，使用超纯水将管状细菌纤维素水凝胶7处理为中性。

实施例5

本发明所涉及的一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法简单，可实现大规模生产。本实施例中在实验室条件下对利用本发明所述方法进行扩大培养，如图5所示，在一个培养容器2内放置多个超疏水模具1，同时扩大培养容器2的总数量，可实现一次制备更多的数量的管状细菌纤维素水凝胶7。

实施例6

本发明所涉及的一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法可以通过改变超疏水模具1的尺寸，制备出特定内径的管状细菌纤维素水凝胶7。

实施例7

本发明所涉及的一种利用超疏水模具制备管状细菌纤维素水凝胶的方法能够培养出管状细菌纤维素水凝胶7。如图6中的a、b所示为培养成形并经过处理后的管状细菌纤维素水凝胶7，呈细长管状，白色且具有很高的透光性；如图6中的c所示为经过冷冻干燥处理后的管状细菌纤维素水凝胶7，呈现出干燥细菌纤维素的白色，形态保持良好，浸水后可重新湿润。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。