[发明专利]一种细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物材料复合制备领域，特别涉及一种细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备。

背景技术

高分子水凝胶，是一种能够在水中溶胀、吸收并保持大量水分而又不溶解于水的亲水性的网状高分子溶胀体，表面光滑，生物相容性好，在生物和医学工程领域得到了广泛的研究和应用。高分子水凝胶具有与人体组织性能相似的优点，如较高的含水量、柔韧性和低毒性。而且，水凝胶的表面张力比较低，基本不会从体液中吸附蛋白质，因而其对人体的影响大幅降低。此外，小分子可以自由的扩散进和扩散出水凝胶，使得水凝胶成为药物缓释的理想载体。高分子水凝胶还可广泛应用于伤口敷料和器官修复领域（如：角膜、肌肉、皮肤、软骨等方面）。

聚乙烯醇（PVA）水凝胶是亲水性聚乙烯醇大分子经交联后形成的网络状结构的水溶胀体。PVA水凝胶具有稳定的化学性质、良好的物理机械性能、易于成型、与人体组织良好的生物相容性，尤其是PVA水凝胶与人体组织性能相似的物理性质、对水分子等优异的透过性、适宜的扩展性、良好的柔韧性等，这些特性使PVA水凝胶可以用作伤口敷料、药物释放载体、人造组织、组织工程等生物医学领域。特别是研究证实PVA水凝胶具有和人体关节软骨类似的生物力学性质和良好的生物相容性，植入人体后能重建平滑的软骨面，减轻磨损，部分替代关节软骨，延缓或阻止创伤性骨关节炎的发生，是一种理想的关节软骨替代材料。但与人关节软骨相比PVA水凝胶的力学强度较弱，为改善PVA水凝胶的力学性能，本发明将PVA水凝胶与具有优异力学性能的细菌纤维素水凝胶复合。

细菌纤维素（BC）是由葡萄糖以β-1,4-糖苷链连接而成的高分子化合物，作为一种优良的生物材料，BC在湿润状态下形成的细菌纤维素水凝胶具有其独特的物理、化学性能：其具有天然的三维纳米网络结构；良好的力学性能；高亲水性，良好的透气、吸水、透水性能。同时，细菌纤维素还具有良好的体内、体外生物相容性和良好的生物可降解性，这使得细菌纤维素被广泛用于生物医用材料，如皮肤敷料、人造皮肤、人造血管、组织工程支架材料等。研究表明，细菌纤维素水凝胶优异的力学性能（拉伸模量和弹性模量）可以达到与正常软骨相似的水平；同时软骨细胞在细菌纤维素上表现出高水平的生长，并且可以维持软骨分化、支持软骨细胞的迁移增殖。

本专利采用浸渍法、冷冻-解冻法和辐照交联法，制备一种细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶。该水凝胶具有PVA水凝胶网络状结构与BC水凝胶网络结构形成的互穿网络结构，与人体软骨组织性能相似的物理性质、良好的力学性能、化学稳定性和生物相容性。本发明工艺简单、成本低、无污染，制备的细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶在伤口敷料、药物释放和组织修复，尤其是关节软骨修复、半月板修复等软骨组织修复中具有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法。涉及一种生物材料复合制备领域。本发明工艺简单、成本低、无污染，且制备的复合水凝胶具有良好的力学性能、化学稳定性和生物相容性，在伤口敷料、药物释放和软骨组织修复等生物医用领域具有巨大的应用前景。

本专利涉及的一种细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法。包括：由菌株发酵培养得到的细菌纤维素经纯化处理和脱水处理得到含水质量分数为30～50%的细菌纤维素水凝胶。采用浸渍法，使聚乙烯醇进入细菌纤维素水凝胶内部，得到的反应产物冷冻-解冻数次，然后在真空下脱水处理6～24h，最后经高能射线辐照处理得到细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶。

作为优选的技术方案：

其中，如上所述的一种细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法，其特征是：所述的发酵培养细菌纤维素的菌株是木醋杆菌、根瘤菌属、八叠球菌属、假单胞菌属、无色杆菌属、产碱菌属、气杆菌属或固氮菌属中的一种或几种。

如上所述的一种细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备方法，其特征是：所述的纯化处理方法为，在70～100℃的温度下，在质量百分含量为4～8%的NaOH水溶液中洗涤4～6h，再用蒸馏水反复冲洗至中性。以除去细菌纤维素上的菌体蛋白和粘附在纤维素膜上的残余培养基。所述的脱水处理方法为，细菌纤维素经高速离心、真空脱水或压榨脱水得到含水质量分数为30～50%的细菌纤维素水凝胶。这种部分脱水的处理方法，目的是在不破坏细菌纤维素水凝胶三维网络结构的基础上去除多余的水分子。同时，提高浸渍处理时进入细菌纤维素水凝胶内部的聚乙烯醇水溶液的含量。