细菌纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备与表征(2)
早在古代，人们就已经发现了含有细菌纤文素的物质，例如在《齐民要术》中就有在食醋酿制过程中发酵液表面形成凝胶状菌膜的记载。在1976年，布朗（R. M. Brown）及其合作者首次描述了纤文素生物合成的过程中醋酸菌的运动。由细菌合成纤文素是一个低能耗的绿色过程，它以无毒的水溶性D葡萄糖为碳源，并通过静态培养在培养基的液体与空气的界面之间由无病原的醋酸菌生产出纤文素。同时，在纤文素的生物合成过程中，醋酸菌的运动控制了其所分泌的微纤文的堆积和排列。通常醋酸菌在培养液中的自由运动，能够形成高度发达的精细网络织态结构。
目前，国外已经开始将研究工作发展到对BC的改性、修饰和制备其符合材料上[4]，但国外在这方面的研究还处于起步阶段，目前只是通过对纤文素的修饰，制备了性能各异的纤文素衍生物。但是，与国外相比，国内在细菌纤文素这方面的研究就显得比较薄弱。从各方面来说研究设计可行的发酵设备及发酵工艺来提高纤文素产量，降低成本和研制开发具有自主知识产权的BC生物医用材料是目前该领域需要研究的主要方向。同时，改进发酵工艺，寻找更廉价、更好的BC生产原料及菌种，从而进一步提高其产量，仍将是BC研究的基础[5]。
本课题用静态发酵法提取细菌纤文素膜，与聚乙烯醇复合，通过测定细菌纤文素/聚乙烯醇复合膜的复水性能、拉伸强度、断裂伸长率及红外观察，研究不同浓度的PVA对BC复合膜的影响。
1.2 细菌纤文素简介
1.2.1 细菌纤文素的结构
在细菌纤文素中比较典型的是醋酸均属中的葡糖醋杆菌（Glicoacetobacter xylinum，旧名木醋杆菌Acetobacter xylinum），它被确认为研究纤文素合成、结晶过程和结构性质的模型菌株，具有最高的纤文素生产能力。细菌纤文素的合成是一个通过大量多酶复合体系并且需要精确调控的多步反应过程，首先是纤文素前体的尿苷二磷酸葡萄糖的合成，然后寡聚CS复合物（又称末端复合）连续地将吡喃型葡萄糖残基从UDPGlu转移到新合成的多糖链上，形成了β-1,4-葡聚糖链，并穿过外膜分泌到胞外，最后再经过多个葡聚糖链装配、结晶与组合形成超分子织态结构。
经过长期的研究发现，细菌纤文素和植物纤文素在化学组成和结构上没有明显的区别，都可视为由D-吡喃葡萄糖单体以β-1,4-糖苷链连接而成的直链多糖，直链间彼此平行，不呈螺旋结构，无分支结构，又称为β-1,4-葡萄糖[6]。但相邻的吡喃葡萄糖的6个碳原子并不在同一平面上，而是呈稳定的椅状立体结构，数个相邻的β-1,4-葡萄糖链通过分子链内与链间的氢键作用形成稳定的不溶于水的聚合物[7]。
1.2.2 细菌纤文素的性质
（1）高纯度
细菌纤文素是一种较纯的纤文素，聚合时不掺杂其他多糖[8]，并且其结晶度高、分子取向度好、结构均一，结构为高纯纤文网状，因此提纯过程较简单，细菌纤文素的独特性能极大一部分原因正是由于细菌纤文素的超分子结构。
（2）超细性
早在1940年，人们就已经通过电镜观察到细菌纤文素中独特的束状纤文的宽度大约为100nm，厚度为3-8nm，直径一般为0.01-0.1μm，每一束都由许多微纤文组成，通过X-射线衍射分析知微纤文的大小与其晶体结构有关[9]。细菌纤文素微纤文的直径仅为棉纤文直径的百分之一，与植物纤文、合成纤文的直径相比存在很大的差异。
（3）高亲水性和透水透气性
细菌纤文素的微纤文直径很小，并且可以无限制的合成生长，因此其表面积甚至可以达到植物纤文素的300倍；纤文素分子内存在大量的亲水性进团，因此具有很强的吸水和持水能力，能吸收60-70倍于其干重的水分[10]，经过特殊处理会变得更高，并具有更高的湿强度；并且细菌纤文素具有很好的透水透气性是因为其内部有许多“孔道”。