[發明專利]一種管狀細菌纖維素的制備方法

有效

• 申請號: 201210575922.6
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103014096A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 陳仕艷;楊敬軒;鄭羿;李喆;王利群;王華平
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C12P19/04
• 分類號: C12P19/04;C12R1/01;C12R1/02;C12R1/38;C12R1/41
• 代理公司: 上海天翔知識產權代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術領域

本發明涉及一種管狀細菌纖維素的制備方法。

背景技術

細菌纖維素是指在不同條件下，由醋酸菌屬、土壤桿菌屬、根瘤菌屬和八疊球菌屬等中的某種微生物合成的纖維素的統稱。醋酸菌屬中的木醋桿菌Acetobacter?xylinum由于產生纖維素效率最高而被廣泛用于細菌纖維素基礎研究以及應用研究的模板微生物。

細菌纖維素的制備方法目前主要為靜態培養與動態培養兩種。由于菌種為革蘭氏陰性原生細胞體的賴氧生存屬性，使細菌纖維素形成于糖源與有氧區與的交界處。靜態培養得到的細菌纖維素材料根據培養容器形狀不同以及應用領域能夠形成薄膜狀，管狀等規則幾何形狀。在靜態培養過程中，嚴格要求不使培養容器產生劇烈晃動以避免細菌纖維素產生分層或部分黏連的現象，降低材料的應用價值。此外，靜態培養周期較長，成本過高，細菌纖維素產量無法滿足大規模生產的要求；動態培養是指在培養過程中，將氧氣或空氣以氣泡形式通入培養容器中并結合機械攪拌的方式，人為地使原本氧氣含量十分有限的培養液含有接近空氣中的氧氣含量，制備細菌纖維素。由于培養過程中存在著剪切應力，因此得到的細菌纖維素為絮狀、星形、團簇狀、球形、橢圓等不規則幾何形狀，應用價值不高。此外，有研究發現動態培養條件下會產生菌種細胞變異體，變異體不具有產生纖維素的能力，因此動態培養時間過久會抑制纖維素的產量。

現有技術有報道利用先動態，后靜態的“兩步法”制備細菌纖維素，廣泛應用于東南亞地區“納塔”（椰果）產業。“兩步法”能夠在一定程度上提高單一靜態培養細菌纖維素的產量，但是從實質上說，仍然是兩種不同的制備工藝的簡單疊加，無法實現細菌纖維素材料既保證產量，又具有規整的幾何外形。

現有技術采用透氧材料制成中空模具，利用菌種賴氧生存的生物特性，在模具內腔通入一定壓力的空氣或氧氣，置于接入菌種的發酵培養液中；或者將接入菌種的發酵培養液灌滿中空模具內部，將其置于一定壓力的環境中。靜置一段時間后，細菌分泌纖維素包覆模具外壁或緊貼模具內腔，形成異型中空材料。這種方法能夠獲得外形不局限于簡單的薄膜、管狀的異型中空細菌纖維素材料。需要指出的是，現有技術利用透氧材料人為創造氣/液界面，培養細菌纖維素材料存在培養周期長的缺陷。采用現有技術要使的細菌纖維素材料具有能夠滿足應用要求的力學性能，培養周期需要兩周甚至更長的時間。有研究認為，微生物形成細菌纖維素的關鍵在于其所處環境滿足有氧與有糖兩個條件。細菌纖維素內部由于上方空氣擴散作用而存在一個有氧區，同時由于下方培養液滲透作用而存在一個碳源區，處于有氧區與碳源區重疊區域，也稱為“有效區域”，的細菌才是真正產生纖維素的細菌，80%的纖維素來自于這部分細菌，因此也稱為“活性菌”。從實質上說，現有技術采用透氧材料制備細菌纖維素仍屬于靜態培養范疇，沒有將動態培養與靜態培養各自的優勢完全結合起來。

現有技術將采用透氧材料制備得到的中空異型細菌纖維素應用于人造血管的構建，并已取得一定的成果。但是，僅依靠單層透氧材料制備得到的管狀細菌纖維素其有著內腔致密，外壁疏松的不對稱結構。疏松的外壁使得材料的縫合性能較差。在縫合處容易由于材料與周圍組織的順應性不夠而形成內膜增生，進而導致血栓的發生。

發明內容

本發明涉及一種管狀細菌纖維素的制備方法。采用雙層透氧材料嵌套的方式，構造出內外雙層氣/液界面，將細菌纖維素在培養過程中，內部有氧區與碳源區重疊區域為現有技術的兩倍，將制備周期由2周甚至更長時間縮短至10天以內。在現有公開技術的基礎上，本發明通過精確調節中空透氧模具內管內部壓力氣體以及外管外部氣體的壓力，使中空透氧模具的內管與外管都能夠沿徑向產生收縮/舒張，周期性的交替變化。由于中空透氧模具內管與外管的徑向收縮/舒張幅度很小，一般不超過5%，因此這種制備管狀細菌纖維素的過程是一個“準靜態”的過程。不會因為徑向變化幅度過大而使材料產生物理分層或部分黏連的情況。通過調節中空透氧模具內管內部與外管外部的氧氣體積濃度，能夠控制材料內部纖維素的疏密程度，快速構筑出一個內腔致密光滑、外壁縫合性良好、沿徑向纖維素微纖絲取向規整的具備差異化結構的管狀細菌纖維素材料。