基本信息
- 项目名称：
- 细菌纤维素/纳米银复合抗菌材料
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本项目产品是利用微生物发酵技术生产细菌纤维素，并以此为基体，载入银离子，然后通过紫外还原成纳米银粒子，探讨微生物发酵及紫外还原技术对复合材料性能的影响，同时通过生物调控获得具有不同结构及性能的细菌纤维素，以此开发出可面向多用途产品的复合抗菌纤维材料。
- 详细介绍：
- 本项目通过对细菌纤维素（以下简称BC）的系统研究，构建基于生物合成调控技术的BC纳微结构调节机制，并使用纳米级银粒子对其进行抗菌处理，同时，跳脱传统的化学试剂还原法，采用紫外还原的绿色合成技术, 合成性能可控的细菌纤维素/纳米银复合材料（以下简称BC/AgNPs）。 BC/AgNPs不仅具有优异的锁水保湿性能，能够很好地附着于创面，保护在恢复期的创面，同时能够吸附创面的渗出液，为创面的快速恢复提供积极帮助，并且，在银粒子缓释作用的协同效应下，BC/AgNPs针对多种常见细菌具有明显的抑制、杀灭作用。 BC/AgNPs的制备，摒弃了传统的化学还原试剂，采用紫外还原的绿色合成技术，结合调控细菌纤维素的纳微观结构来控制Ag+吸附、AgNPs成核及生长行为，为制备小尺度、稳定分散、窄粒径分布的金属纳米粒子提供一条新途径。同时，本项目从全新的生物来源出发，以面向生物医用领域的功能材料为目标，研究生物合成技术对细菌纤维素作为功能医用材料的具体性能的调控规律，实现对细菌纤维素纳微结构及本征性能的理性设计和改造，以达到完成系统参数研究，进行体系开发的目的。另外，本项目兼顾当下绿色化学、生物安全、环境友好等健康、可持续的发展理念，以新的角度看待问题，多方考虑，达到最佳效果。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：本项目致力于在生物医用敷料、妇婴日常卫生用品等领域开发出具有高效抑菌，生物安全，环境友好，等优点的抗菌材料。并以此推动我国高性能医用敷料及相关产业的发展。 基本思路：我国是医用敷料产品的生产大国，但从产品结构档次低，制约其发展，因此，开发高性能的功能医用敷料产品能推动我国敷料产业升级发展。细菌纤维素是一种由微生物合成的天然纤维素，其各种特性被证明是良好的医用材料。然而，细菌纤维素本身不具有抗菌性能，难以应对细菌感染的伤口。银是目前医用最广泛的抗菌材料，而纳米银粒子由于表面效应，抗菌能力是微米级银粒子的200倍以上，因此，以细菌纤维素/纳米银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。 创新点：1、微生物发酵绿色环保、可再生、功能性更优的细菌纤维素材料代替传统的棉类产品,开发高性能产品； 2、通过调控生物合成的条件改变细菌纤维素的纳微观结构，满足不同的创伤需求； 3、跳脱传统的有毒化学试剂还原法，采用紫外原位合成法，提高了银离子的还原效率，且生物安全性高、更适合用于生物医用材料 技术关键：1、建立基于生物合成技术的系统培养方法； 2、建立面向产品关键性能的BC系统合成体系参数； 3、构建基于BC纳微结构、性状可控的纳米银绿色合成工艺及抗菌性能调控方法；4、开发出一类抗菌性能、透水透气性、力学性能、生物相容性等均良好的生物医用材料。 主要技术指标：1、吸收渗出液能力：20～90倍； 2、抗菌性能： 24h内杀菌率>99.9%；
科学性、先进性
- 科学性：1、细菌纤维素是一种由微生物合成的具有超细纳米网络结构的天然纤维素材料。BC微纤维表面的大量羟基可与Ag+通过离子-耦合作用形成O-Ag配位键，因此，BC纤维的纳微结构对原位合成AgNPs具有生长位点控制作用。 2、BC的微纳米尺度的纤维网络结构能够在AgNPs的生长过程中起到空间限域的作用，有效防止纳米粒子聚合，进而控制颗粒尺寸及分布。因此，BC的纳微观结构对金属纳米粒子的合成起到了稳定分散和粒度控制的作用。 3、BC的纳微结构及本征性能与微生物的培养条件密切相关，即具有合成时的可调控性。 先进性：1、研究思路创新（以紫外还原代替化学试剂还原同时结合生物合成调控纳微结构以控制纳米银粒子的分散及粒度大小） 2、研究对象创新（从全新的生物来源出发，以面向生物医用领域的功能材料为目标，利用果皮类有机垃圾为原料生产具有高性能的产品，兼顾了当下绿色化学、生物安全、环境友好等健康、可持续的发展理念，达到研究与生产相结合的最佳效果）
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 技术入股
作品可展示的形式
- 实物样品；图片展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点及优势:1、微生物发酵制备BC材料。原料来源丰富，成本低廉，同时菌种发酵周期短、效率高； 2、紫外还原，生物安全性高，且环境友好； 3、生物合成调控，通过调节发酵条件来控制BC的纳微结构，并最终调节银的附着状态，能满足不同作用环境的要求，从而达到成品系列化的目的； 作品适用范围：生物医用敷料、妇女卫生用品、医用防护器具、轻度伤口治疗药剂等领域。 推广前景技术说明：载银细菌纤维素作为医用敷料及卫生用品在国内尚属罕见，其与传统棉织品相比具有高吸湿，强抗菌，与伤口无黏着等优点。 市场分析：产品由于其良好的保湿、杀菌效果，使其有较好的实用性。另外，生产工艺简单，一些生产商甚至不必更换其原有设备即可投入生产，且生产所用原料是果皮类有机废弃物，成本低廉的同时也为环境保护做出贡献。 经济效益预测：按每千克果皮类垃圾5%的含糖量计算，每生产银含量为5%的载银BC干膜1kg,可消耗果皮类有机垃圾459kg，产生利润320.73元，即利润率64.14%，利税58.24元。
同类课题研究水平概述
- 细菌纤维素本身不具有抗菌性能，难以应对细菌感染的伤口。银是目前医用最广泛的抗菌剂，而纳米银粒子（AgNPs）由于表面效应，抗菌能力是微米级银粒子的200倍以上。因此，细菌纤维素/纳米银复合材料，可具有高效保湿抗菌功能。孙东平等以细菌纤维素为载体，甲醛为还原剂采用液相化学还原法合成载银细菌纤维素复合材料，所得银纳米粒子平均粒径在45nm左右，对大肠杆菌、酵母菌和白色念珠菌等都有理想的抗菌性能。Marques等分别以细菌纤维素和普通植物纤维为基体，采用NaBH4原位还原AgNO3的方法在纤维素膜上合成纳米银单质，结果表明BC纤维的银负载量可达到植物纤维的50倍以上，并且对Ag+具有更持久的控释作用，是一种良好的纳米银合成基质。上述研究大多采用化学试剂为还原剂，它们通常具有较高的人体毒性，残留问题难以解决，尤其不适合应用于生物医用材料产品的制备。而细菌纤维素是一种由葡萄糖组成的多聚物，本身具有一定的还原能力。据此，我们提出，以细菌纤维素为模板，摒弃传统的化学还原剂，采用紫外照射绿色合成技术，制备BC/AgNPs功能型生物医用复合材料。此外，通过调控纤维素的纳微观结构，来控制Ag+吸附、AgNPs成核及生长行为，进而实现纳米粒子的可控设计合成。 目前关于细菌纤维素微观结构改造的研究主要采用微生物原位合成的方法。例如，Faroongsarng等采用不同碳源静态培养Acetobacter xylinum时发现，以甘露醇为碳源，BC的微纤维尺寸及纤维网络孔径均小于以甘油做碳源；Yamanaka等以细菌纤维素的生物合成过程为理论出发点，通过在发酵过程中添加抗生素或还原剂改变细胞形态和细胞分裂速率，实现对BC微纤维尺寸的有效调控；Seifert等发现，在培养过程中添加0.5-2.0%的可溶性高分子化合物如羧甲基纤维素、甲基纤维素，可不同程度地提高材料的持水能力和金属离子吸附能力。然而，目前该方面的研究大多局限于“改性方法实施-结构表征”或“改性方法实施-性能测定”的范畴，很少对微观结构与性能之间的关系进行系统研究，导致大量的改性研究带有一定的随机性和性能的不确定性。同时，当前国内外关于BC结构改性的研究中，对BC作为生物医用材料的基础理论还缺乏全面系统的研究，这一现状制约了细菌纤维素作为环境友好型和资源节约型医用纤维材料的推广应用。
