纳米细菌纤维素膜的表征与生物相容性研究.pdf

V01．30 高等学校化学学报 No．8 2009年8月 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES 1553～1558 纳米细菌纤维素膜的表征与 生物相容性研究 王宗良1’2，贾原媛3，石毅1，从登立1，陈彦彦1，贾士儒4，周余来1 (1．吉林大学药学院，长春130021；2．中国科学院长春应用化学研究所高分子物理与 化学国家重点实验室，长春130022；3．天津科技大学材料科学与化学工程学院， 4．教育部工业微生物重点实验室，天津300457) 摘要利用木醋杆菌静态培养法制备的由纳米纤维组成的细菌纤维素膜具有超细的三维网络结构和适当的 孔隙率．利用光镜、扫描电镜和原子力显微镜对其进行结构表征发现，细菌纤维素膜具有极为精细的纳米网 络结构，冻干膜的孑L径约为0．6～2．8Ixm；纤维素带宽度约为50～80nm．采用湿重与浮重结合法测定烘干 膜和冻干膜的孑L隙率分别约为70％和90％．由于细菌纤维素含有大量的羟基，故烘干膜表现出极好的透湿 性．将细菌纤维素膜分别与成纤维细胞和软骨细胞进行复合培养，并将成纤维细胞和细菌纤维素膜的复合 物进行裸鼠皮下移植实验．结果显示，移植的复合物很好地融入了裸鼠正常皮肤，成纤维细胞和软骨细胞在 细菌纤维素表面形成连续的细胞层，绿色荧光蛋白表达正常．以上结果表明，细菌纤维素膜非常适合细胞贴 附和增殖，表现出较好的生物相容性，有望成为新型组织工程支架材料． 关键词 细菌纤维素；生物相容性；组织工程支架 中图分类号Q539+．3；0636．1+1；R318．08文献标识码A 目前，各种各样的天然高分子材料(如胶原、壳多糖、明胶等)被广泛用于生物医学的研究，例如 组织工程支架、药物释放系统和生物传感器等．由细菌生物合成的纤维素(Bacterialcellulose，简称 BC)是另一种天然高分子材料，因其具有许多优异的化学、物理、机械和生物学性能，并在制造先进材 料方面具有潜力而受到关注，在许多领域得到广泛应用【1j，如高级音响设备的振动膜、食品工业、造 纸工业和生物医学材料等． 醋杆菌(Acetobacter xylinum)分泌的，具有和植物纤维素相似的基本结构，二者均是由p-葡萄糖以』B·1， 4糖苷键组成的无分支结构的高分子．但BC的微纤维结构和植物纤维素又不尽相同，BC的纤维素带 的宽度约为0．1¨m，比植物纤维素带的宽度(10仙m)约小了2个数量级，是目前最细的纳米级天然纤 维．BC具有独特的生物亲和性、高持水性和结晶度、高机械强度以及良好的纳米纤维网络等优良性 能Mjl，决定了其具有良好的生物相容性和力学性能，具有作为组织工程技术中的细胞培养支架的可 行性．此外，由于Bc是一种相对比较纯的纤维素∽J，更易于与纤维素降解酶发生作用，所以具有良好 的生物降解性能．近年来，国外已有将BC应用于组织工程人工皮肤、血管、骨及软骨研究的报道． Klemm等一1将Bc用于血管方面的研究，发现其具有足够的力学性能，可用于体内植入替代实验． Hong等呻1将BC与羟基磷灰石通过仿生途径混合，在BC表面形成了理想的类似于天然骨中羟基磷灰 石的结晶，为骨组织工程开拓了新的思路．Svensson等一。将BC用于软骨组织工程支架，考察了人软骨 细胞在BC支架上的生长，结果显示，BC作为一种生物材料是软骨组织工程的潜在支架．由此可见， 作为一种具有诸多优异性能的新型生物材料，在将Bc作为支架材料应用于组织工程研究时，对它的 生物相容性进行深入评价是非常必要的．目前国内针对BC生物相容性的研究尚处于起步阶段，迄今 收稿日期：2008—12-05． 联系人简介：周余来，男，博士，教授，主要从事医学生物工程学的研究．E-mail：zhouyl@jlu．edu．cn 高等学校化学学报 V01．30 尚无一家企业从事医用BC的生产和应用．因此本研究工作将为国内关于BC生物相容性的研究提供 一些有益的参考，推动BC在生物医学和组织工程领域的研究和应用． 我们采用木醋杆菌静态培养法，通过提取、碱处