细菌纤维素复合材料在燃料电池的应用研究(3)

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（4）高持水量和透水通气能力。通常情况下持水率大于1:50，发酵过程经特殊处理后持水率可达1:700，并具有高的湿强度，可反复干湿作吸水材料；[8]

（5）静态培养得到的膜具有高杨氏模量、高抗张强度和极佳的形状维持能力；[9-11]

（6）生物合成时性能的可调控性。在BC的培养过程中或结束后对其都可以进行修饰。如木葡糖醋杆菌能利用葡萄糖与乙酰葡萄胺合成N-乙酰氨基葡萄糖，并以4%的比例将N-乙酰氨基葡萄糖连接在BC上；[12]论文网

（7）良好的生物相容性及生物降解性，为环境友好型生物材料。[13]

1.3 细菌纤维素的应用

细菌纤维素因其在纯度、吸水性、物理和机械性能等方面具有优异性能，所以科研人员十分关注它在各个领域的应用研究。相继开发了细菌纤维素在食品、造纸、生物医用材料、膜分离材料、导电材料、能源和复合材料等等领域已进入实用化阶段，并在其他许多领域也显示出十分广泛的商业化应用潜力。纳米复合材料是近年发展起来的新型技术，赋予材料新的性能。目前利用细菌纤维素为基体，构建功能化细菌纤维素杂化材料的研究已经成为细菌纤维素研究的热点之一。为此，我们就细菌纤维素在医用材料、电子材料、催化剂等高附加值应用领域的研究作一简洁的阐述。

1.3.1 纺织和织造工业

BC具有结晶度高、分子取向好、机械强度高的特点，添加到制浆中，纤维素大分子上的羟基产生氢键结合，纸张可以达到很好的湿强度、千强度、耐用性、吸水性等性能，因此可以作为增强材料，用于纺织和造纸行业。由于纤维素的高度吸水性、持水性，故在纺织工业上有广泛应用，如毛巾等日常用品。服装方面，在面料中加入这种物质后，其方便性增强，舒适感增加，还可以作为精密仪器的防潮材料。Ajinomoto公司与日本三菱公司合作开发用于流通货币制造的特殊纸，生产出了质量好，抗水性能好，强度高、抗膨胀性能的特殊纸品。加有菌纤维的高级书写纸吸墨均匀性、附着性好。菌胶纤维机械匀浆后与各种相互不亲和的有机、无机纤维材料混合后制造不同形状用途的膜片和无纺织物布和纸张产品十分牢固。将其作为造纸原料，能免去一般植物纤维脱木质素的制浆过程，提高纸张强度和耐用性。因此可以作为增强材料，用于纺织和造纸行业。从而解决了废纸回收再利用后纸纤维强度下降的问题，并可以利用其生物可降解性而有利于三废处理和环保。

1.3.2 食品工业

细菌纤维素作为一种细菌多糖和膳食纤维，对人体也具有许多独特的功能，如增强消化功能，预防便秘，有吸附与清除食物中有毒物质的作用，同时还可优化消化系统内的环境，起到抗衰老作用、高纤低热量。健康食品纳塔和椰果的主要成分就是细菌纤维素，而细菌纤维素因为有着非常好的持水性、粘稠性和稳定性，在食品工业中也广泛用作增稠剂和稳定剂。同时也可以食品原料，用于饮料、功能食品的制造。利用Az 纤维素的凝胶和高持水特性及其产物醋酸、醇酯和乳酸等混合物的特殊风作为人造肉、人造鱼、香肠、火腿肠中食品成型剂、增稠剂、分散剂、抗溶化剂、改善口感作为肠衣和某些食品的骨架，成为一种新型重要食品基料，有的发展成为保健食品。文献综述

1.3.3 医药工业

巴西自1987年以来有近10个皮肤伤病医疗单位已报道400多例应用醋菌纤维素膜治疗烧伤、烫伤、皮肤移植、创伤等治疗取得成功[14-15],已发展成人工皮肤、纱布、绷带年酽创可贴’等伤科敷料商品。细菌纤维素不仅用于伤科敷料商品，还可作为缓释药物的载体携带各种药物，用于皮肤表面给药，促使创面的愈合和康复。2005年，Schumann[16]将BC长期植入老鼠体内(1年)，然后借助组织免疫和电子显微镜等手段研究老鼠的内皮细胞、肌肉细胞、弹性结构和结缔组织等不同结构的变化。同年，Svensson[17]等发现以BC作为软骨组织工程支架效果良好，利用牛软骨细胞来评价自然的BC材料，结果表明，未经修饰的自然BC材料在保持良好的机械性能的前提下，II型胶原基质可达到正常软骨表达的50％左右，并且支持软骨细胞的增殖。接下来，未修饰的BC被进一步用于人软骨细胞研究，发现其支持人软骨的增殖，同时透射电镜(TEM)也进一步证实软骨细胞向BC支架内生长的事实。后期的研究人员发现明生长于BC膜上的脂肪干细胞不仅能够增殖，随着培养时间的延长，细胞数量不断增加。免疫荧光染色结果显示，脂肪干细胞在BC材料上仍能很好表达脂肪干细胞标记蛋白，保持脂肪干细胞原有的生物活性。Klemm[18] 等研究了将细菌纤维素制成BASYC(Bacterial Synthesized cellulose)作为内径约1mm 的人造血管应用于微血管外科，它处理容易，与人体组织兼容性好，与血管一致，活体可见。表明了BASYC具有生物活性和相容性。2006年，Henrik等研究了BC作为潜在的组织工程血管支架的机械性能，结果表明细菌纤维的应变能力与动脉血管相似，这很可能是由于纳米纤维结构的相似性造成的。PaulA Charpentier[19]等把医用聚酯纤维经过等离子体亲水改后，在表面涂层BC制成基于BC的血管修复装置，克服了用聚酯和其他涂层剂制作血管修复装置存在的问题。Bodin[20]等研究了Acetobacter xylinum原位静态培养时不同浓度的氧含量对BC管机械性能的影响说明了BC材料可以提供内皮细胞良好的黏附增殖。Ananda[21]等倒用特殊发酵方法制备了管状BC，这种管状BC机械性能好，可应用于人工血管的制备。细菌纤维素也可以作为软组织替代材料应用于不同的医学领域中。骨仿生组织工程材料是一种很有发展潜力的骨替代材料。其中，羟基磷酸灰石(HAP)／有机高分子人造骨修复复合材料发展迅速。纳米纤维素是具有很好的力学性能和生物相容性的天然有机高分子。利用生物相容性好的HAP为增强相，采用在模拟体液(SBF)中仿生沉淀的方法制备HAP／纤维素复合材料。是一种具有发展潜力的新型骨修复材料。利用细菌纤维素制备骨仿生组织工程材料的报道很多。天津大学学者模拟人体内环境体系，在纤维素膜表面仿生沉淀出羟基磷灰石，对身体硬组织的亲和性良好，有利于其骨组织整合。