一种高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料及其制备方法与应用。所述的抗菌材料以海藻酸钠或羧甲基纤维素作为添加物加入发酵培养基中，细菌纤维素合成时与海藻酸钠或羧甲基纤维素钠结合。发酵产物中具备海藻酸钠或羧甲基纤维素钠中的羧基，利用该羧基与锌离子结合，通过微波高温高压的水热反应，使纳米氧化锌负载在高聚物复合细菌纤维素上。该方法可以有效提高纳米氧化锌在细菌纤维素中的负载量，并且提供稳定的负载。并且该方法比传统化学接枝环保，不需要使用高腐蚀性的化学物。聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料具有良好生物相容性的细菌纤维素具有抗菌性能，可应用于部分体表创伤。

权利要求

1.一种高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.) GD‑BC‑1种子液按5 10% v/v的接种~

量接入含高聚物的发酵培养基中，28 32℃静置培养5‑14天，得到复合高聚物的细菌纤维~

素，所述的高聚物为海藻酸钠或羧甲基纤维素钠；

（2）将复合高聚物的细菌纤维素置于氢氧化钠溶液中进行沸水浴处理，然后用去离子水冲洗至中性；

（3）将经步骤（2）处理后的复合高聚物的细菌纤维素放入1 2 mol/L的锌盐溶液中，超~

声，搅拌，取出后放入微波反应罐中，加入水，滴加氢氧化钠溶液，不断搅拌，微波加热至160

200℃，维持30 120 min；

~ ~

（4）待反应罐冷却后，将产物取出，用去离子水洗至中性，干燥，即得到高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料；

所述的海藻酸钠的粘度为100 500 mPa•s；所述的羧甲基纤维素钠的粘度为50 4500 ~ ~

mPa•s；

所述的高聚物海藻酸钠或羧甲基纤维素钠在发酵培养基中的浓度为1 20 g/L；

~

所述的发酵培养基的组成为：每升含葡萄糖20 60 g，酵母膏0.8 1.2 g，蛋白胨6 8 g，~ ~ ~

磷酸氢二钠6 10 g，生化级玉米浆4 8 g，乙酸0.8 1.2 g，无水乙醇8 12 g，余量为水，pH值~ ~ ~ ~

5.8 6.2。

~

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的氢氧化钠溶液的浓度为0.1 mol/L，沸水浴处理15 min；所述步骤（3）中的锌盐为乙酸锌、氯化锌或硫酸锌；超声时间为30 min，搅拌时间为1 3天；所述步骤（3）中水和氢氧化钠溶液的体积比为1:1，所~

述的氢氧化钠溶液的浓度为0.5 2 mol/L。

~

说明书

一种高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料及其制备方法

与应用

技术领域

[0001] 本发明属于材料领域，具体涉及一种高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料及其制备方法与应用。

背景技术

[0002] 细菌纤维素(bacterial cellulose,简称BC)是细菌自身生长组装形成，具有天然纳米三维网状结构。细菌纤维素具有很高的结合水能力，表面积要比植物纤维大，具有更高
的化学吸附能力。细菌纤维素有较高的生物相容性、适应性和良好的生物可降解性，而被广
泛应用于组织工程的各个领域。由于细菌纤维素材料具有良好的力学性能和优良的保水能
力，其在创面敷料中的应用极受关注。在临床过程中，体表创面常伴有感染情况，而细菌纤
维素本身没有抗菌抑菌的能力，难以用于体表创伤，因此临床实践的需求对细菌纤维素创
面敷料又提出了新的要求，急需一种具备良好抗菌性能的细菌纤维素材料。

[0003] 现有技术普遍采用浸泡法负载纳米银的方式实现细菌纤维素的抗菌抑菌功能化，虽然纳米银的抗菌性能已取得普遍认识，但是其长期大范围使用导致的生物积累和毒副作
用已不可忽视；并且采用浸泡法的方式，通过渗透作用实现纳米材料的负载，一方面纳米材
料的负载量十分有限，另一方面纳米材料在细菌纤维素中的结合稳定性较差，易于脱落游
离。

发明内容

[0004] 针对上述的不足，本发明的目的是提供一种高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料及其制备方法与应用。

[0005] 为达此目的，本发明采用以下技术方案：

[0006] 一种高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料的制备方法，将海藻酸钠或羧甲基纤维素作为添加物加入到含细菌纤维素产生菌的发酵培养基中，然后进行发酵培养，细菌
纤维素合成时候与海藻酸钠或羧甲基纤维素钠结合，获得复合高聚物的细菌纤维素，复合
高聚物的细菌纤维素与锌离子结合，使纳米氧化锌负载在高聚物复合细菌纤维素上，获得
高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料。

[0007] 所述的细菌纤维素产生菌是葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1。

[0008] 优选，具体包括以下步骤：

[0009] (1)将葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1种子液按5～10％v/v的接种量接入含高聚物的发酵培养基中，28～32℃静置培养5‑14天，得到复合高聚物的细菌
纤维素，所述的高聚物为海藻酸钠或羧甲基纤维素钠；

[0010] (2)将复合高聚物的细菌纤维素置于氢氧化钠溶液中进行沸水浴处理，然后用去离子水冲洗至中性；

[0011] (3)将经步骤(2)处理后的复合高聚物的细菌纤维素放入1～2mol/L的锌盐溶液中，超声，搅拌，取出后放入微波反应罐中，加入水，滴加氢氧化钠溶液，不断搅拌，微波加热
至160～200℃，维持30～120min；

[0012] (4)待反应罐冷却后，将产物取出，用去离子水洗至中性，干燥，即得到高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料。

[0013] 优选，所述的海藻酸钠的粘度为100～500mPa·s；所述的羧甲基纤维素钠的粘度为50～4500mPa·s。

[0014] 优选，所述的高聚物在发酵培养基中的浓度为1～20g/L。

[0015] 优选，所述的发酵培养基的组成为：每升含葡萄糖20～60g，酵母膏0.8～1.2g，蛋白胨6～8g，磷酸氢二钠6～10g，生化级玉米浆4～8g，乙酸0.8～1.2g，无水乙醇8～12g，余
量为水，pH值5.8～6.2。

[0016] 优选，上述步骤(2)中的氢氧化钠溶液的浓度为0.1mol/L，沸水浴处理15min。步骤(3)中的锌盐为乙酸锌、氯化锌或硫酸锌；超声时间为30min，搅拌时间为1～3天。步骤(3)中
水和氢氧化钠溶液的体积比为1:1，所述的氢氧化钠溶液的浓度为0.5～2mol/L。

[0017] 进一步的，由上述的制备方法制得的高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料也属于本发明的保护范围。

[0018] 本发明的高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料具有优异的抗菌性能，可应用于制备抗菌医用敷料。

[0019] 一种抗菌医用敷料，含有上述的高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料。

[0020] 本发明的细菌纤维素产生菌——葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1，该菌株于2008年10月9日保藏于中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为：
CCTCC NO：M208149。该菌株在专利号为：ZL 200810218500.7，发明名称为“细菌纤维素产生
菌及利用该菌株制备细菌纤维素的方法”的中国专利申请文件中也公开过。

[0021] 本发明的有益效果为：

[0022] 本发明通过细菌纤维素发酵合成的过程中，纤维与发酵培养基中添加的海藻酸钠或羧甲基纤维素钠结合，使细菌纤维素带上海藻酸钠或羧甲基纤维素钠中的羧基。利用该
羧基与锌离子结合，通过微波高温高压的水热反应，使纳米氧化锌负载在高聚物复合细菌
纤维素上，使细菌纤维素具有抗菌能力。细菌纤维素具有羧基，提高了锌离子的与纤维素的
结合能力。与直接在细菌纤维素上负载纳米氧化锌的方法比较，本方法显著提高了纳米氧
化锌的负载效率；与传统的化学改性法比较，本方法通过发酵方式引入羧基，比化学接枝步
骤少，操作更为简单，而且更环保，不需要添加如顺丁烯二酸酐这类高腐蚀性化合物。引入
的羧基能大大提高与锌离子的结合能力，使反应所得单位质量的细菌纤维素负载更多的纳
米氧化锌。

具体实施方式

[0023] 根据下述实施例，可以使本领域的技术人员更好地理解本发明。实施例所描述的仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

[0024] 以下实施例中的葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1，其保藏于中国典型培养物保藏中心(CCTCC)，保藏编号为：CCTCC NO：M208149，该菌株已公开于专利号
为ZL 200810218500.7，发明名称为：“细菌纤维素产生菌及利用该菌株制备细菌纤维素的
方法”的专利中。

[0025] 实施例1

[0026] (1)种子液制备：从葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1斜面取两环菌体接入300mL三角瓶装有50mL的液体活化培养基(液体活化培养基每升配方组分如下：
葡萄糖20g，蛋白胨5g，酵母膏5g，磷酸氢二钠2.7g，柠檬酸1.15g，溶剂为水，pH值为6.0；配
制：将各成分混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃，100rpm，冲程为65mm振荡培养36h；

[0027] (2)细菌纤维素的发酵：取1mL种子液加入100mL三角瓶装有20mL的发酵培养基(发酵培养基为每升含有葡萄糖20g，酵母膏0.8g，蛋白胨6g，磷酸氢二钠6g，生化级玉米浆4g，
乙酸0.8g，无水乙醇8g，粘度为500mPa·s海藻酸钠1g，余量为水，pH值5.8；配制：将各成分
混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃静置培养5天，得到发酵产物，即为复合高聚物的细菌
纤维素；

[0028] (3)产物处理：将步骤(2)得到的复合高聚物的细菌纤维素置于0.1mol/L NaOH溶液中沸水浴处理15min，然后用去离子水冲洗至中性；

[0029] (4)将经步骤(3)处理后的复合高聚物的细菌纤维素(湿重量为3g)放入15mL 2mol/L的醋酸锌溶液中超声30min后，搅拌3天；

[0030] (5)将经步骤(4)处理后的细菌纤维素取出，然后放入微波反应罐中，加入50mL水，滴加50mL浓度为2mol/L的NaOH溶液，同时不断搅拌，微波加热至200℃，维持120min；

[0031] (6)待反应罐冷却后，将产物取出，用去离子水洗至中性，80℃干燥，即得到高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料。

[0032] 将高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料裁剪至直径为5mm的小片，采用抑菌圈法进行抑菌效果检测，结果表明：该高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料对大肠杆
菌的抗菌圈为9.31mm，对金黄色葡萄球菌的抗菌圈为11.39mm。通过5‑Br‑PAPS比色法检测
得ZnO的负载量为7.12％。

[0033] 实施例2

[0034] (1)种子液制备：从葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1斜面取两环菌体接入300mL三角瓶装有50mL的液体活化培养基(液体活化培养基每升配方组分如下：
葡萄糖20g，蛋白胨5g，酵母膏5g，磷酸氢二钠2.7g，柠檬酸1.15g，溶剂为水，pH值为6.0；配
制：将各成分混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃，100rpm，冲程为65mm振荡培养36h；

[0035] (2)细菌纤维素的发酵：取2mL种子液加入100mL三角瓶装有20mL的发酵培养基(发酵培养基为每升含有葡萄糖60g，酵母膏1.2g，蛋白胨8g，磷酸氢二钠10g，生化级玉米浆8g，
乙酸1.2g，无水乙醇12g，粘度为50mPa·s羧甲基纤维素钠20g，余量为水，pH值6.2；配制：将
各成分混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，32℃静置培养14天，得到发酵产物，即为复合高聚
物的细菌纤维素；

[0036] (3)产物处理：将步骤(2)得到的复合高聚物的细菌纤维素置于0.1mol/L NaOH溶液中沸水浴处理15min，然后用去离子水冲洗至中性；

[0037] (4)将经步骤(3)处理后的复合高聚物的细菌纤维素(湿重量为3.5g)放入15mL 1.5mol/L的醋酸锌溶液中超声30min后，搅拌1天；

[0038] (5)将经步骤(4)处理后的细菌纤维素取出，然后放入微波反应罐中，加入50mL水，滴加50mL浓度为0.5mol/L的NaOH溶液，同时不断搅拌，微波加热至160℃，维持30min；

[0039] (6)待反应罐冷却后，将产物取出，用去离子水洗至中性，80℃干燥，即得到高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料。

[0040] 将高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料裁剪至直径为5mm的小片，采用抑菌圈法进行抑菌效果检测，结果表明：该高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料对大肠杆
菌的抗菌圈为9.77mm，对金黄色葡萄球菌的抗菌圈为12.01mm。通过5‑Br‑PAPS比色法检测
得ZnO的负载量为16.32％。

[0041] 实施例3

[0042] (1)种子液制备：从葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1斜面取两环菌体接入300mL三角瓶装有50mL的液体活化培养基(液体活化培养基每升配方组分如下：
葡萄糖20g，蛋白胨5g，酵母膏5g，磷酸氢二钠2.7g，柠檬酸1.15g，溶剂为水，pH值为6.0；配
制：将各成分混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃，100rpm，冲程为65mm振荡培养36h；

[0043] (2)细菌纤维素的发酵：取1mL种子液加入100mL三角瓶装有20mL的发酵培养基(发酵培养基为每升含有葡萄糖40g，酵母膏1g，蛋白胨7g，磷酸氢二钠8g，生化级玉米浆5g，乙
酸1g，无水乙醇10g，粘度为4500mPa·s羧甲基纤维素钠2g，余量为水，pH值6.2；配制：将各
成分混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃静置培养5天，得到发酵产物，即为复合高聚物的
细菌纤维素；

[0044] (3)产物处理：将步骤(2)得到的复合高聚物的细菌纤维素置于0.1mol/L NaOH溶液中沸水浴处理15min，然后用去离子水冲洗至中性；

[0045] (4)将经步骤(3)处理后的复合高聚物的细菌纤维素(湿重量为5g)放入15mL 1mol/L的醋酸锌溶液中超声30min后，搅拌2天；

[0046] (5)将经步骤(4)处理后的细菌纤维素取出，然后放入微波反应罐中，加入50mL水，滴加50mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，同时不断搅拌，微波加热至180℃，维持60min；

[0047] (6)待反应罐冷却后，将产物取出，用去离子水洗至中性，80℃干燥，即得到高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料。

[0048] 将高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料裁剪至直径为5mm的小片，采用抑菌圈法进行抑菌效果检测，结果表明：该高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料对大肠杆
菌的抗菌圈为7.7mm，对金黄色葡萄球菌的抗菌圈为8.21mm。通过5‑Br‑PAPS比色法检测得
ZnO的负载量为7.32％。

[0049] 实施例4

[0050] (1)种子液制备：从葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1斜面取两环菌体接入300mL三角瓶装有50mL的液体活化培养基(液体活化培养基每升配方组分如下：
葡萄糖20g，蛋白胨5g，酵母膏5g，磷酸氢二钠2.7g，柠檬酸1.15g，溶剂为水，pH值为6.0；配
制：将各成分混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃，100rpm，冲程为65mm振荡培养36h；

[0051] (2)细菌纤维素的发酵：取2mL种子液加入100mL三角瓶装有20mL的发酵培养基(发酵培养基为每升含有葡萄糖30g，酵母膏0.9g，蛋白胨7g，磷酸氢二钠9g，生化级玉米浆7g，
乙酸0.9g，无水乙醇1g，粘度为100mPa·s海藻酸钠20g，余量为水，pH值6.0；配制：将各成分
混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃静置培养5天，得到发酵产物，即为复合高聚物的细菌
纤维素；

[0052] (3)产物处理：将步骤(2)得到的复合高聚物的细菌纤维素置于0.1mol/L NaOH溶液中沸水浴处理15min，然后用去离子水冲洗至中性；

[0053] (4)将经步骤(3)处理后的复合高聚物的细菌纤维素(湿重量为4.5g)放入15mL 2mol/L的醋酸锌溶液中超声30min后，搅拌3天；

[0054] (5)将经步骤(4)处理后的细菌纤维素取出，然后放入微波反应罐中，加入50mL水，滴加50mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，同时不断搅拌，微波加热至180℃，维持90min；

[0055] (6)待反应罐冷却后，将产物取出，用去离子水洗至中性，80℃干燥，即得到高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料。

[0056] 将高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料裁剪至直径为5mm的小片，采用抑菌圈法进行抑菌效果检测，结果表明：该高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料对大肠杆
菌的抗菌圈为7.68mm，对金黄色葡萄球菌的抗菌圈为14.26mm。通过5‑Br‑PAPS比色法检测
得ZnO的负载量为14.02％。

[0057] 实施例5

[0058] (1)种子液制备：从葡糖酸醋酸杆菌(Gluconacetobacter sp.)GD‑BC‑1斜面取两环菌体接入300mL三角瓶装有50mL的液体活化培养基(液体活化培养基每升配方组分如下：
葡萄糖20g，蛋白胨5g，酵母膏5g，磷酸氢二钠2.7g，柠檬酸1.15g，溶剂为水，pH值为6.0；配
制：将各成分混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃，100rpm，冲程为65mm振荡培养36h；

[0059] (2)细菌纤维素的发酵：取2mL种子液加入100mL三角瓶装有20mL的发酵培养基(发酵培养基为每升含有葡萄糖40g，酵母膏0.8g，蛋白胨7g，磷酸氢二钠8g，生化级玉米浆4g，
乙酸0.8g，无水乙醇8g，粘度为230mPa·s海藻酸钠15g，余量为水，pH值6.0；配制：将各成分
混合溶于水，灭菌冷却，即得)中，28℃静置培养5天，得到发酵产物，即为复合高聚物的细菌
纤维素；

[0060] (3)产物处理：将步骤(2)得到的复合高聚物的细菌纤维素置于0.1mol/L NaOH溶液中沸水浴处理15min，然后用去离子水冲洗至中性；

[0061] (4)将经步骤(3)处理后的复合高聚物的细菌纤维素(湿重量为2.5g)放入15mL 2mol/L的醋酸锌溶液中超声30min后，搅拌3天；

[0062] (5)将经步骤(4)处理后的细菌纤维素取出，然后放入微波反应罐中，加入50mL水，滴加50mL浓度为1mol/L的NaOH溶液，同时不断搅拌，微波加热至180℃，维持60min；

[0063] (6)待反应罐冷却后，将产物取出，用去离子水洗至中性，80℃干燥，即得到高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料。

[0064] 将高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料裁剪至直径为5mm的小片，采用抑菌圈法进行抑菌效果检测，结果表明：该高聚物复合细菌纤维素载氧化锌抗菌材料对大肠杆
菌的抗菌圈为9.4mm，对金黄色葡萄球菌的抗菌圈为15.86mm。通过5‑Br‑PAPS比色法检测得
ZnO的负载量为10.20％。

[0065] 以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的
普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改
进和润饰也应视为本发明的保护范围。