致  谢 20

参考文献 21

1 绪论

细菌纤维素是指在不同条件下，由醋酸菌属（Acetobacter）、土壤杆菌属（Agrobacterium）、根瘤菌属（Rhizobium）和八叠球菌属（Sarcina）等中的某种微生物合成的纤维素的统称。

细菌纤维素(Bacterial Cellulose ,BC)是由葡萄糖分子以B-1，4糖苷键聚合而成的一种具有多孔性结构及一定纳米级孔径分布的高分子材料。因而具有一系列优于植物纤维素的理化性能:纯度高，不含半纤维素木质素;良好的生物可降解性和生物相容性;高结晶度，高聚合度和非常一致的分子取向；极强的持水性和透水透气性;机械性能好，抗拉力强度高，有很高的杨氏模量 生物合成具有可调控性。早在1940年，人们就用电镜观察到BC由独特的束状纤维组成，这种束状纤维的宽度大约为100nm，厚度为3～8 年nm，每一束由许多微纤维组成，而微纤维又与其晶状结构相关。术醋杆菌(Acetobacter .xylintun)是合成BC最强的细菌之一[1]，BC的生物合成可分为聚合、分泌、组装、结晶四大过程，这四大过程是高度耦合的，并和细胞膜上的特定位点密切相关。

1.1细菌纤维素的结构与特质

细菌纤维素有许多独特的性质：①强的持水性和透气性：BC是一种水不溶性的惰性支持物，有很多“孔道”，有良好的透气、透水性能。依据合成条件的不同，它能吸收60～700倍于其干重的水份[2],未经干燥的BC的强持水性能(water retention values，WRV)值高达1000％以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600％。经100℃干燥后的BC在水中的再溶胀能力与棉短绒相当，即有非凡的持水性，并具有高湿强度；[3]②高化学纯度和高结晶度：BC是一种“纯纤维素”，以100％纤维素的形式存在，不含半纤维素、木质素、果胶和其他细胞壁成分，结构单一，提纯过程简单；③较高的生物适应性和生物町降解性：Helenius等开展了BC植入小鼠皮下组织的牛物适应性研究及Klemm等用BC微管材料取代老鼠颈动脉的研究都表明BC与老鼠身体没有任何排斥反应。在自然环境中，在酸性、微生物以及纤维素酶催化等条件下可最终降解成单糖等小分子物质，不污染环境，是环境的友好产品[4]；④高抗张强度和弹性模量：纤维直径在0.01～0.1 μm之间，纤维模数为一般纤维的数倍至十倍以上，BC经洗涤、干燥后，杨氏模量可达10 MPa，经热压处理后，杨氏模量可达30 MPa，比有机合成纤维的强度高4倍；⑤BC生物合成时具有可调控性：通过采用不同的培养方法、培养条件，可以得到各种不同性质BC[5]，在BC合成过程中及合成后都能对其结构进行修饰，如木醋杆菌能利用葡萄糖与乙酰葡萄胺合成N一乙酰氨基葡萄糖，并以4％的比例将N一乙酰氨基葡萄糖连接在BC上[6]；⑥极好的形状维持能力和抗撕力：BC膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氧乙烯膜要强5倍；⑦抗菌性和防腐性：研究表明质茸分数为3％e—PL溶液处理后的BC膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有足够的抑菌效果；⑧可利用广泛的基质进行生产。

1.2 细菌纤维素的理性化特性

由A.xylinum产生的BC和植物或海藻产生的纤维素在化学性质上市相同的，但BC作为一种新型材料，有以下许多独特的性质：

（1）化学纯度高。不含木质素和半纤维素，可达99%以上，分子取向好，以单一纤维存在，提取工艺简单；

（2）高结晶度。静态培养的BC可达71%，动态培养的BC可达63%；

（3）纳米级纤维。一般形成一根长度不定，宽度为30 nm-100 nm，厚度3 nm-8 nm的菌纤维丝带；[7] 细菌纤维素复合材料在燃料电池的应用研究(2):http://www.youerw.com/huaxue/lunwen_70800.html