细菌纤维素的制备及其性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

细菌纤维素是一种由细菌产生的具有生物可降解性的天然高分子材料，是近年来国内外生物材料研究的热点之一。细菌纤维素本身不具有抗菌性能，不能阻止伤口的细菌感染。茶多酚是茶叶中酚类物质及衍生物的总称，具有优异的抗氧化、抗癌、抗肿瘤、抗菌、预防冠心病和动脉粥样硬化等多种药理、保健功效。因此，本课题提出以富含羟基的细菌纤维素为载体负载茶多酚得到的细菌纤维素-茶多酚纳米复合材料将有望获得具有高效保湿抗菌功能的理想医用创伤敷料。

2. 国内外研究现状分析

有关细菌纤维素（bc）的研究最先由brown^[1]于1886年发现并报道。在醋酸发酵过程中他观察到培养基表面形成一层凝胶状膜，经进一步分析确定这是由醋酸杆菌发酵产生的一种纤维素物质，将其命名为纤维素薄膜。其后，很多课题组对bc 的形成机制做了研究。hestrin等^[2]在1947年第一次详细阐明a. xylinum 合成纤维素的机制。19世纪50年代期间，相关学者发表了一系列有关bc的研究论文schramm等^[3]在1954年报道了纤维素形成过程中的影响因素，研究了培养基以及相关抑制剂对其形成的影响，并于1957年研究了合成该纤维素的酶系统； 同一个课题组的elhanan＆gromet等^[4]于1962年研究了纤维素合成过程中的中间产物。同时，菲律宾的研究人员也报道了用菠萝皮和椰子汁发酵生产nata的方法。但是直到1967 年，才由lapuz等证实nata实际上是由a. xylinum 产生的纯纤维素。接下来的十年，研究主要集中在a.xylinum 合成纤维素的生物模型机制。1977 年colvin等曾尝试以一种单糖为原料利用纤维素合成酶全生物合成纤维素产品。直到19世纪80年代，人们才渐渐认识到bc是一种具有潜在商业价值的生物材料，因此对a. xylinum 的关注逐渐由过去在实验室中研究单纯的生物合成纤维素模型飞跃到大规模工业化生产。在这个飞跃中有两个课题组的研究人员作出了开拓性工作:由索尼公司、味之素公司和日本纺织研究所组成的科研人员致力于利用bc的特殊物理性能制造高强度材料^[5]； 另一个是由weyerhaeuser和cetus corp 组成的研究小组在深层搅动发酵罐中以a. xylinum 为菌株生产bc^[6]。到80年代末期，很多有关bc的商业化应用都申请了专利。1992～1993年，okiyama 等报道了实验室大规模培养及通过改进发酵罐的设计生产bc的文章。接下来对bc的研究越来越多，应用范围也更加广泛，相继有做为食品添加剂、纸张粘合剂及滤膜等方面的研究被报道。目前的研究热点主要是将bc应用于高附加值的产品，尤其是生物医用材料上。茶多酚是茶叶中多羟基分类及其衍生物的总称，是一种天然抗氧剂，具有优异的抗氧活性、抗肿瘤、抗衰老、去脂减肥等性质，根据2010年钱丽红等^[7]对茶多酚的抑菌机理的研究，以及王丽等人研究的茶多酚对微生物生长的影响，都可表明茶多酚具有优异的抗菌抑病性，因此以富含羟基的细菌纤维素为载体负载茶多酚得到的细菌纤维素-茶多酚纳米复合材料将极大的扩大细菌纤维素在生物医药方面的应用。但是，细菌纤维素的产量较低，难以满足工业需求，因此如何提高细菌纤维素的产量和产率已经成为众多学者研究的重点。寻找高效的生产菌和发酵工艺以及廉价高效的培养基是解决当前细菌纤维素产业高成本低产率的重要手段。2012年唐水佳等^[8]研究了以红茶菌和木葡糖酸醋杆菌作为生产菌株，不同碳源、氮源以及茶叶浓度对两种菌合成细菌纤维素的影响，结果表明红茶菌生产细菌纤维素的产率更高。而2000年欧竑宇等^[9-12]发表了细菌纤维素培养基优化及应用研究，主要对细菌纤维素的静态发酵培养基优化、清洁生产、结构分析及其应用进行了研究，此研究发现，发酵液液高和气液表面积对细菌纤维素的产量均有影响。

参考文献：

[1] 蔡志江, 张睿晗, 樊亚男. 细菌纤维素/银纳米粒子复合多孔支架材料的制备与表征[j]. 高分子材料科学与工程, 2013, 29(1): 144-148.

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

(1) 细菌纤维素的制备以及条件优化；

(2) 茶多酚的提取及性能研究；

4. 研究创新点

细菌纤维素由于具有独特的生物亲和性、生物相容性、生物可降解性、生物适应性和无过敏反应，以及高的持水性和结晶度、良好的纳米纤维网络、高的张力和强度，尤其是良好的机械韧性，因此在组织工程支架、人工血管、人工皮肤以及治疗皮肤损伤等方面具有广泛的用途。茶多酚是一种新型的天然抗氧剂，具有优异的抗氧活性、抗肿瘤、抗衰老性能，还有去脂减肥、降低血糖、血脂和胆固醇及抑制艾滋病、预防心血管疾病，抑制肿瘤细胞生长的作用；还能清除体内过剩的自由基、阻止脂质过氧化，提高机体免疫力，延缓衰老。茶多酚提取物在食品加工、医药、日用化工等领域都有广泛应用。以富含羟基的细菌纤维素为载体负载茶多酚得到的细菌纤维素-茶多酚纳米复合材料将在生物医药方面得到更为广泛的运用，有望获得具有高效保湿抗菌功能的理想医用创伤敷料。