詳解細菌纖維素的性質和應用

2020-12-07 紡織導報

詳解細菌纖維素的性質和應用

發表時間：2018/5/29

細菌纖維素（Bacterial cellulose，簡稱BC）是由微生物發酵合成的多孔性網狀納米級生物高分子聚合物，因其由細菌合成而命名為細菌纖維素。它由獨特的絲狀纖維組成，纖維直徑在0.01～0.10μm 之間，比植物纖維素（10μm）小2～3 個數量級，每一絲狀纖維由一定數量的超微纖維組成網狀結構，與植物纖維素的主要差別在於其不含有半纖維素、木質素等。作為一種新型納米材料，細菌纖維素已應用於紡織、醫用材料、食品等各個領域，現已成為國際的研究熱點。



細菌纖維素的性質


高持水性和高透氣性

細菌纖維素為三維網狀結構，中間形成很多「孔道」，並且分子內存有大量的親水基團，因此具有良好的透氣、透水和持水性能。根據外界條件的不同，它能吸收比自身乾重大60～700 倍的水分。



良好的生物相容性和生物可降解性

由於細菌纖維素是由微生物代謝產生的，因此其具有良好的生物相容性。此外，因為細菌纖維素是一種純度較高的纖維素，更易與纖維素降解酶發生作用，同時在酸性及微生物存在的自然條件下也可以直接降解，所以具有良好的生物可降解性。



高化學純度和高結晶度

細菌纖維素是一種純度較高的纖維素，與植物纖維素相比不含木質素、果膠、半纖維素和其他細胞壁成分，纖維素含量高達95%以上，提純過程簡單。細菌纖維素的結晶度高達95%以上，高於天然植物纖維。


高抗張強度和彈性模量

細菌纖維素楊氏模量測量值高達15GPa，但理論值是其10倍，這一性能滿足了其作為醫用組織器官、醫用敷料及其他產品的基本要求。


生物合成時具有可調控性

生物合成細菌纖維素時具有可調控性，可以改變菌體的生長空間，改變微纖絲的分布進而得到理想的模型形狀。同時，當採用不同培養條件時，可以製備出形狀、大小、厚度和性質各不相同的細菌纖維素。



細菌纖維素的應用


紡織材料

細菌纖維素的分子結構類似於植物纖維素，並具有優於植物纖維素的高拉伸強度、高的孔隙率和納米纖維狀結構等獨特性質，因此可改善原產品的不足或者製備出性能更優的紡織品。利用細菌纖維素代替植物纖維素具有巨大的經濟價值，不僅可以充分利用工業廢棄物，減少汙染，而且可以縮短纖維素的生長周期，提高纖維素產量，實現纖維素的工業化生產。



醫用材料

細菌纖維素具有高持水性、透氣性好、良好的生物相容性及較好的力學性能，在醫用敷料產業具有廣闊的應用前景。研究顯示：其做繃帶、紗布和創可貼等，可減少對傷口的刺激，有效緩解疼痛，加快傷口癒合等優良性質。由於其本身無抗菌效果，也可以通過複合技術對細菌纖維素進行修飾，賦予其良好的抗菌性能，使其在醫用敷料方面有更好的應用前景。



此外，由於細菌纖維素具有獨特的纖維網狀結構、高孔隙率、高機械強度和高彈性模量等性質，其也是上皮細胞生長的理想支架和人造皮膚、動脈靜脈血管、骨組織支架的理想替代材料。



電磁性材料

因纖維素高反射率、彈性和尺寸穩定性使其適合作為信息顯示的媒介，如用細菌纖維素製作「電子紙」進而製成電子液晶屏，可以潛在地用於電子傳感器、信息儲存、電子屏蔽塗層及防偽等領域。此外，細菌纖維素的納米結構、高孔隙率也使其適合作為基質製備吸附和運輸性能的質子導電膜和有機發光二極體，可應用於生物傳感器、生物燃料電池等領域。



其他

除了用作高附加值的醫用材料、多功能紡織品、功能性食品和電磁性材料，細菌纖維素在環境工業領域，如應用細菌纖維素膜吸附或者過濾去除廢水中的諸多重金屬離子等方面的研究也取得顯著成效。由於其高楊氏模量及形狀維持能力，將來也可以用在建材方面，增加穩定性。



（來源：紡織導報）

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