虽然在以聚合物为基的纳米复合材料领域里,NCC作为一种天然的新型高强增强剂,已经获得了高度重视并有大量研究已付诸现实应用。但是由于其制备过程对水的倚重、其水解尺寸不能固定、自身还有一定的水溶性,故现在的大部分研究都着眼在少数几种水溶性聚合物上。因此,对这种材料的研究仍是有很大的进步空间和探索深度。
1.1.6细菌纤维素
相比于植物来源的纤维素,由细菌源产出的细菌纤维素具有多种优势。首先,细菌纤维素的是纯度100%的纤维素,不存在其他杂质材料如半纤维素、木质素等。其次,细菌纤维素有着十分精密的微观网络结构。此外,细菌纤维素还具备可调控性即可根据需要来获得不同性能的纤维素结构膜。本课题的主要研究内容即细菌纤维素的结构与其物理性质,因此后文会进一步详述该方面的内容。
最初的细菌纤维素的应用方向主要特点是产品附加值不够,应用的产业多是纺织、造纸等日常生活相关行业。这主要是源于人们对其研究的不够深入,不能完全了解它的特殊性能,同时也囿于当时科技的限制。随着科技的进步,人们对微观世界的进一步了解,出现了生物纳米技术。这种技术能很好地利用包括细菌纤维素在内的许多材料(例如对细菌纤维素膜进行结构改性使其能充当新型的功能材料),充分发挥这些特殊材料的各种性能,最终推动科技和时代的脚步。下面主要介绍细菌纤维素的一些应用领域[29]。
在食品领域,关于细菌纤维素的出现,最早的可以在北魏农学家贾思勰的著作《齐民要术·作酢法》中看到“(神酢法)其上有白醭浮,接去之”。这儿提到的“白醭”其实就是细菌纤维素膜,不过那时的人们对此并没有清晰的认识。一直到19世纪40年代左右,人们才开始发现细菌纤维素的存在。仍然是在食品行业中,出现了一种“椰纤果(natadecoco)”,其主要成分即为细菌纤维素。椰纤果最常见的生产方式还是通过在椰子水或者椰子汁中加入木醋杆菌,通过发酵后得到一种纤维素凝胶状物质。这种物质因为较好的持水性以及独特的凝胶半透明质地和咀嚼性,逐渐作为一种食品原料用来制作成各式各样的椰纤果食品诸如果冻、糖水罐头等。随着对细菌纤维素研究的深入进展,现在许多食品企业也发现它能够起到很好的增稠剂以及填充剂的作用。因此在该领域的发展是十分广阔的[30-31]。
在光电领域,基于细菌纤维素膜的优秀的力学性能和它微观网状结构的特殊性,许多新型的光电相关材料都会使用其作为一种基材来和其他光学材料复合得到满足需要的材料。比如利用生物纳米技术将碳纳米管和细菌纤维素膜进行组合。利用前者优秀的电子传递性能及后者较好的生物相容性使得得到的复合材料能够应用于多种场合。又如在新型的电子纸张应用上,细菌纤维素膜的网络结构可以很好地充当纳米反应器,以此作为信息存储的空间。得益于该复合材料的光学特性和热稳定性,这种新型的电子纸张在显示系统方面具有不错的应用前景[32-35]。
在医用领域方面,最为成功的还是人工皮肤和皮肤损伤治疗中BC膜的应用。得益于其能在潮湿的人体环境中保有较高的机械强度,与皮肤相容性好,同时对各种生物体物质包括液、气和电解质都有着良好的通透性,一经应用,BC膜便得到了医学界的重视(BioFill就是其中一家较早的品牌)。除此之外,在D-葡萄糖培养基中加入木葡糖酸醋杆菌培养,可以得到管状的细菌纤维素(内径<3mm)。人体对这种材料的排异性较小且该管造价相对便宜,可以充当人造血管使用。另外,出于对BC在人体内不能降解然而确实优点众多的考虑,有研究人员选择将其与另一种有着低抗原性和可生物降解性的材料——明胶进行复合。主要方式是先对BC进行氧化(药品高碘酸钠,pH1.0,温度40摄氏度,避光)得到双醛细菌纤维素(DHBC),再将DHBC和明胶以不同比例作用得到双醛细菌纤维素/明胶(DB-G)材料(pH6.0,温度50摄氏度),发现1:10的比例得到的DB-G10材料是比较合适的一种复合材料,可作潜在的组织工程支架材料(降解良好且组织得到修复)[36-38]。 生物质纳米材料的结构和物理性能(5):http://www.youerw.com/cailiao/lunwen_205128.html