细菌纤维素及其改性膜在敷料中的应用

细菌纤维素及其改性膜在敷料中的应用

耿琍  张英华  张东明  董小红

吉林省中医药科学院

摘要：细菌纤维素（Bacterial Cellulose，BC）是由醋酸杆菌等微生物，在特定条件下通过生物合成的一种天然高分子材料，具有出色的生物相容性、良好的敷贴性和高吸水性能，在医疗、食品、材料等领域得到广泛应用。近年，随着生物技术的发展，对细菌纤维素的改性研究逐渐增多，其中制备细菌纤维素膜是一种重要改性方法。本文将重点介绍细菌纤维素及其改性膜在敷料领域的应用，并探讨其潜在的应用前景和发展趋势。

关键词：细菌纤维素；改性膜；敷料应用

基金资助：吉林省发改委2023年省预算内基本建设资金（项目编号：2023C028-3）

前言：细菌纤维素及其改性膜是一种天然高分子材料，在医疗、食品、材料等领域具有广泛应用的潜力。细菌纤维素及其改性膜可作为药物载体和组织工程材料，在伤口敷料和皮肤保护膜中具有重要应用价值。此外，细菌纤维素及其改性膜还可应用于生物医学工程和食品工业。因此，细菌纤维素及其改性膜在敷料领域具有广阔的应用前景，并有望为人类的健康和福祉做出积极贡献。

一、细菌纤维素及其改性膜的制备

1. 细菌纤维素的制备

细菌纤维素是一种由醋酸菌属的某些细菌在特定培养条件下，合成的天然生物材料。这些细菌在发酵过程中会产生大量的纤维素，从而形成一种具有高度结晶结构和良好机械性能的生物质材料。其中，木醋杆菌是最常用的细菌纤维素生产菌种之一，在特定培养条件下，木醋杆菌可大量合成纤维素，形成一种具有高度结晶结构和良好机械性能的生物质材料。这种材料具有优异的物理和化学性质，如高强度、高耐热性、高耐化学腐蚀性等，因此在许多领域都有广泛应用。

在制备细菌纤维素的过程中，需要控制适当的温度、pH值和氧气浓度等条件，这些条件对于细菌生长和合成纤维素速率和质量都有重要影响。例如：温度过高会导致细菌死亡，而温度过低则会影响细菌的生长和合成纤维素的速率。同样，pH值和氧气浓度也需要控制在适当的范围内，以确保细菌能够正常生长和合成纤维素。

2. 细菌纤维素改性膜的制备

为显著提升细菌纤维素及其膜的性能，研究者们付出巨大的努力，探索多种改性方法。这些方法包括但不限于化学改性、物理改性以及辐射改性等。其中，化学改性被证明是最具成效的手段之一。化学改性是通过引入不同的官能团，实现对纤维素分子结构的改变和性质的优化。这一过程能够显著改善细菌纤维素膜的亲水性、透气性和机械性能等多方面的性能。经过化学改性处理，细菌纤维素膜变得更加柔软、耐用，同时保持原有的生物相容性和生物活性[1]。

二、细菌纤维素及其改性膜的潜在应用

1. 药物载体

细菌纤维素及其改性膜是一种具有生物相容性和良好机械性能的材料，因此被广泛用于制作药物载体。这些药物载体能够实现药物的控制释放和靶向输送，从而有效地提高药物的疗效并降低副作用。通过细菌纤维素及其改性膜制作的药物载体，可在药物进入体内后，缓慢释放药物，从而延长药物的作用时间，减少药物剂量和副作用。此外，这些载体还可将药物准确地输送到病变部位，提高药物的靶向性，进一步增强疗效。这些药物载体的制作过程简单，成本低廉，且具有良好的生物相容性和机械性能。这些特点使得细菌纤维素及其改性膜成为制作药物载体的理想材料。因此，利用细菌纤维素及其改性膜制作的药物载体为医疗领域提供新的解决方案。不仅可提高药物的疗效并降低副作用，还可为医疗工作者提供更加方便和有效的治疗方式。

2. 组织工程

细菌纤维素及其改性膜在组织工程中扮演着重要角色，这些生物材料可作为支架材料，为细胞生长和组织修复提供适宜的环境。结构类似于天然细胞外基质，可促进细胞的粘附、增殖和分化，从而促进组织的再生和修复[2]。细菌纤维素及其改性膜的生物相容性和生物活性使其成为组织工程的理想材料。这些材料不仅可与生物活性分子和细胞相结合，还可通过调节细胞的行为和组织的再生过程，为治疗各种组织损伤提供新的途径。在组织工程中，细菌纤维素及其改性膜的应用已得到广泛研究，例如：可用于构建人工皮肤、骨骼、肌肉等组织。此外，这些材料还可用于制作生物材料复合物，以进一步增强其生物相容性和促进组织的再生。

三、细菌纤维素及其改性膜在敷料中的应用

1. 伤口敷料

伤口敷料是一种重要医疗用品，要求具有良好的生物相容性和透气性。而细菌纤维素及其改性膜正好具备这些特点，因此被广泛适用于制作伤口敷料。经过研究发现，使用细菌纤维素敷料能够有效地促进伤口愈合，减少感染的风险。细菌纤维素是一种由微生物合成的天然高分子物质，具有优异的生物相容性。将其改性后，可进一步改善细菌纤维素及其膜的亲水性和渗透性，从而更好地满足伤口敷料的性能要求。此外，改性后的细菌纤维素膜还具有良好的机械强度和柔韧性，能够在伤口处提供良好的保护作用。

在制作伤口敷料时，除考虑细菌纤维素及其改性膜的生物相容性和透气性外，还需要注意其生产工艺和质量控制等方面的问题。确保制作出的伤口敷料具有安全、有效的性能，为患者的伤口愈合提供可靠的保障。总之，细菌纤维素及其改性膜具有优秀的生物相容性和良好的透气性，适用于制作伤口敷料。通过进一步改善其亲水性和渗透性等性能，可更好地满足伤口敷料的性能要求。同时，在制作过程中还需严格控制生产工艺和保证产品质量，以确保伤口敷料的安全性和有效性。

2. 皮肤保护膜

皮肤保护膜是一种非常有效的保护皮肤的方法，由于细菌纤维素及其改性膜具有出色的透气性和防水性，被广泛用于制作皮肤保护膜。这些保护膜能够有效地保护伤口，特别是在烧伤或创伤的情况下，防止外部细菌和污染物对伤口的侵害，促进伤口更快地愈合。此外，细菌纤维素及其改性膜也被用作化妆品的基材，例如防晒霜、护肤品等。这些产品能够有效地保护皮肤，使皮肤保持健康、年轻和美丽。细菌纤维素及其改性膜的出色性能和多功能性，使得在皮肤保护和化妆品领域中具有广泛应用前景。

在制作皮肤保护膜时，通常会将细菌纤维素及其改性膜涂敷在皮肤表面，形成一层紧密的保护层，以防止外部刺激和细菌的侵入。这种保护层具有优良的透气性，可保持皮肤的湿润度，防止皮肤干燥和裂纹的出现。同时，还具有出色的防水性能，可有效地阻挡水分和细菌的侵入，保护伤口免受感染。此外，细菌纤维素及其改性膜还可通过与皮肤表面的细胞相互作用，促进细胞的再生和修复。这有助于加速伤口愈合的过程，减少疤痕的形成，使皮肤恢复到最佳状态。在制作化妆品时，细菌纤维素及其改性膜可作为基材，与各种活性成分混合使用。这些基材具有出色的稳定性和兼容性，可有效地承载和保护活性成分，使其在储存和使用过程中保持稳定和有效性。同时，还可提高化妆品的涂抹性和舒适度，使消费者在使用过程中感到愉悦和满足[3]。

3.生物医学工程领域

在生物医学工程领域，细菌纤维素及其改性膜也展现出广泛应用前景，由于其良好的生物相容性和生物活性，被用于制造生物材料，如人工血管、人工关节、药物载体等。这些生物材料可替代人体中病变或损坏的组织，从而改善患者的生活质量。在人工血管的制造中，细菌纤维素及其改性膜可作为血管壁的材料，具有良好的生物相容性和柔韧性。可模拟人体血管的生理特性，包括血液流动和物质交换等。此外，这些材料还可作为药物载体，将药物包裹在细菌纤维素及其改性膜中，实现药物的定向输送和释放，有助于提高药物的疗效，降低副作用，为肿瘤治疗、抗菌治疗等提供新的途径。

在人工关节的制造中，细菌纤维素及其改性膜可作为关节表面的材料，提供良好的润滑性和抗磨损性。可模拟人体关节的生理特性，包括关节滑动和物质交换等。此外，这些材料还可作为组织工程的支架材料，为组织的再生和修复提供支持和引导。这有助于促进组织的再生和修复，减少疤痕和畸形的出现，为骨折治疗、烧伤修复等提供新的解决方案。总之，细菌纤维素及其改性膜在生物医学工程领域中具有广泛应用前景，具有良好的生物相容性和生物活性，可模拟人体组织的生理特性，为生物医学工程提供新的思路和方法。同时，在应用过程中还需考虑其安全性、稳定性和有效性等方面的问题，以确保其能够为人类的健康和福祉做出积极的贡献。

4.食品工业领域

在食品工业中，细菌纤维素及其改性膜也具有广泛应用前景。由于其出色的成膜性和稳定性，被用于制作食品包装材料和食品添加剂。这些材料可有效地保护食品的品质和口感，延长食品的保质期和货架期。例如：细菌纤维素及其改性膜可作为果蔬保鲜膜，能够有效地保持果蔬的水分和新鲜度，防止果蔬在储存过程中变质和腐烂。此外，这些材料还可作为食品的涂层材料，为食品提供防潮、防霉、抗菌等保护作用。同时，细菌纤维素及其改性膜还可作为食品添加剂，如膳食纤维和益生元等，能够改善食品的营养价值和健康效益。

在制作食品包装材料和食品添加剂时，除考虑细菌纤维素及其改性膜的成膜性和稳定性外，还需要注意其生产工艺和质量控制等方面的问题。确保制作出的食品包装材料和食品添加剂具有安全、有效的性能，为消费者的健康和福祉提供可靠的保障。同时，在应用过程中还需考虑其生产成本和经济效益等方面的问题，以实现其在食品工业中的广泛应用和可持续发展。细菌纤维素及其改性膜在食品工业中具有广泛应用前景，具有出色的成膜性和稳定性，可有效地保护食品的品质和口感，延长食品的保质期和货架期。

结束语：综上所述，细菌纤维素及其改性膜在各个领域中都展现出广泛应用前景。具有出色的性能和多功能性，可为生活和工作提供便利和安全。在应用过程中，还需考虑其安全性、稳定性和经济效益等方面的问题，以确保其能够为人类的健康和福祉做出积极的贡献。随着科学技术的不断发展和进步，相信细菌纤维素及其改性膜将会在更多领域中发挥重要作用，为未来带来更多的机遇和挑战。

参考文献：

[1] 涂迎盈,李凌晖,赵新宇,等.微生物多糖的发酵生产及其在创面敷料中的应用[J].中国现代应用药学, 2021：038-017.

[2] 林伟铃,胡丹,朱宏阳,等.1种细菌纤维素基抗菌复合材料的制备及性能评价[J].福建农业科技, 2022, 53(11):35-42.

[3] 王成枫王金海.聚赖氨酸/细菌纤维素抗菌敷料对烫伤大鼠创面菌群,胶质细胞活性及TGFβ1蛋白的影响[J].中国医疗美容, 2022, 12(7):33-38.