专利名称：一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法及其装置，特别是涉及一种倒置培养法制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法及其装置。
背景技术：
作为一种新型的生物材料，细菌纤维素具有许多独特的性质，如超细的网状纤维结构、高结晶度高化学纯度、持水性透气性强、高杨氏模量、良好的生物相容性以及生物可降解性等，这些性能使得细菌纤维素在各个领域都有广泛的应用。通过将细菌纤维素与各种功能化粒子复合可以实现细菌纤维素的多功能化。
目前细菌纤维素功能化的方法主要有以下几种原位复合法，物理吸附法，物理共混法。原位复合法就是通过化学反应在细菌纤维素膜的羟基位点上直接合成功能粒子从实现细菌纤维素的功能化；物理吸附法就是将细菌纤维素膜浸泡在功能粒子溶液中，利用羟基氢键对功能粒子的吸附而实现细菌纤维素膜的功能化；物理共混法是先将细菌纤维素膜打浆，然后将细菌纤维素浆液与功能粒子共混，最后再通过适当的方法成膜而实现细菌纤维素膜的功能化。以上三种方法都有着显著的缺点，由原位复合法和物理吸附法制备的细菌纤维素复合膜其功能粒子仅仅分布于细菌纤维素膜的表面，只有很少量的功能粒子能进入细菌纤维素膜的内部，因此细菌纤维素膜的利用率低。由物理吸附法制备的细菌纤维素复合膜对于功能粒子的吸附并不牢固，难以使功能性得到长久的保持。物理吸附法制备复合膜时要将细菌纤维素膜先打浆，因此破坏了细菌纤维素膜的三维网状结构，无法得到力学性能优秀的膜材料，从而限制了细菌纤维素复合膜的应用。
发明内容
为了克服以上几种方法的不足，本发明提供了一种制备细菌纤维素复合膜的方法及其装置，是一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法及其装置，特别是一种倒置培养法制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法及其装置，即将细菌纤维素膜的培养与实现细菌纤维素膜的功能化结合到一起，一步完成。这种方法在克服了传统方法的不足的同时，还有操作简单、周期短、成本低等优点。具体做法是将功能纳米颗粒添加到细菌纤维素发酵培养基中，通过搅拌以及添加表面活性剂的方法得到稳定的功能纳米颗粒悬浮液，在这样的发酵培养基中培养得到的细菌纤维素能够将功能纳米颗粒完全包覆，并且通过适当的分散手段，可以使功能纳米颗粒均匀的分布于细菌纤维素膜的表面以及内部，从而在不破坏细菌纤维素膜内部的三维结构的前提下得到性能优良的功能化细菌纤维素复合膜，解决了通过常规方法制备功能化细菌纤维素膜的普遍问题，即，功能粒子只能在细菌纤维素膜表面复合而不易进入膜的内部以及功能粒子及细菌纤维素膜对功能纳米颗粒吸附力不强的问题。由于一般的纳米颗粒比重要大于培养基的比重，因此使用一种特殊的方法来培养细菌纤维素——倒置培养法。
本发明的一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，包括配制种子培养基、配制发酵培养基、菌种活化、菌种接入、培养及后处理步骤，所述的配制发酵培养基步骤中加入功能纳米颗粒；生物培养过程按照细菌纤维素膜的生物培养过程，细菌纤维素膜的培养参照博士论文“细菌纤维素/碳纳米管复合材料的制备及结构性能研究”和硕士论文“新型医学生物材料——细菌纤维素的制备与表征”中的细菌纤维素膜的生物培养，或者参考文章 “Synthesis of cellulose by acetobacter xylinum，V‘In situ modificationof bacterial cellulose network structure by adding interfering substancesduring fermentation”和“Nano-biomaterials application :In situ modification ofbacterial cellulose structure by adding HPMC during fermentation，，中的细菌纤维素膜的生物培养。 所述的培养是将培养容器倒置后进行培养，培养容器倒置于氧气室之上，培养容器与氧气室之间用透氧材料膜分隔开，并且密封容器与氧气室接缝处。由于功能纳米颗粒的比重比发酵培养基的大，静置之后功能纳米颗粒会在发酵培养基与硅胶交界处形成功能纳米颗粒分散层。在30°C下对细菌纤维素进行静态培养7 14天。由于采用的菌种是好氧细菌，因此细菌纤维素膜必定是在培养基溶液与氧气接触的界面生成。在气液界面，细菌的分泌终端不断分泌出细菌纤维素细丝，细丝聚集丝束，丝束聚集成若干絮状丝束团。随着丝束团的叠加最终在气液表面形成细菌纤维素膜。丝束团在生成、聚集、叠加的同时会吸附功能纳米颗粒，使得功能纳米颗粒均匀分布于细菌纤维素膜中。利用本方法制备的功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜能使得功能纳米颗粒主要分布在细菌纤维素膜的内部，因此功能纳米颗粒在受到外力作用时不易脱落，从而使得功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的功能更持久。菌种活化的步骤为将接种环在酒精灯上烧热，反复几次，然后将接种环伸入试管内斜面，钩取菌种I环后接入装有种子培养基的锥形瓶中进行菌种活化。菌种是指木醋杆菌、产醋杆菌、醋化杆菌、巴氏醋杆菌、葡萄糖杆菌、农杆菌、根瘤菌、八叠球菌、洋葱假单胞菌或椰毒假单胞菌。菌种接入的步骤为用移液管从种子培养基中取出菌种接入配制好的发酵培养基中，菌种移植过程中须靠近酒精灯。发酵培养基除了基本成分外，还需加入功能纳米颗粒。作为优选的技术方案如上所述的一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，所述的固体功能纳米颗粒是指具有各种指定功能的纳米颗粒材料，为具有超顺磁性的四氧化三铁纳米颗粒、以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆留型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊或具有抗菌性能的纳米银颗粒。如上所述的一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，所述的功能纳米颗粒是颗粒粒径为I IOOOnm的固体功能纳米颗粒；所述的功能纳米颗粒的质量占发酵培养基总质量的I. O 6. Owt%。如上所述的一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，所述的发酵培养基中还可根据所加入的功能纳米颗粒类型的不同加入相对应的分散剂，当功能纳米颗粒为非极性纳米颗粒时使用离子型分散剂，当功能纳米颗粒为荷电纳米颗粒时使用非离子型分散剂；分散剂的质量与所加入的功能纳米颗粒的质量比为I. 5 2. O I ；所述的功能纳米颗粒为荷电纳米颗粒为四氧化三铁纳米颗粒，非离子型分散剂采用聚乙二醇。聚乙二醇是含有醚链的非离子型高聚物，其基团不带电荷，当在发酵培养基中加入聚乙二醇时聚乙二醇会与四氧化三铁纳米颗粒通过氢键、偶极子的弱静电引力、范德华力等产生相互作用而吸附，在四氧化三铁纳米颗粒表面形成包裹层，使四氧化三铁纳米颗粒间形成空间位阻效应而互相排斥，达到对四氧化三铁纳米颗粒进行分散的目的。所述的功能纳米颗粒为荷电纳米颗粒的以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆甾型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊，阿拉伯胶与明胶的质量比为I : 1，壁材与芯材的质量比为
2 I。非离子型分散剂采用吐温80。吐温80即聚氧乙烯脱水山梨醇油酸酯，酯键与微胶囊壁材的羟基之间会形成氢键，从而使吐温80吸附在微胶囊壁材表面，由于吐温80分子体积很大，其空间位阻效应明显，因此使得微胶囊稳定分散。 所述的功能纳米颗粒为非极性纳米颗粒纳米银颗粒，离子型分散剂采用十二烷基苯磺酸钠。纳米银颗粒表面带负电荷，与阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠吸附后，纳米银颗粒负电荷增加，相互之间斥力增大，从而是纳米银颗粒易于分散。如上所述制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，所述的培养为倒置培养，即是将培养容器倒置后进行培养。将培养容器倒置于密闭氧气室之上，氧气室与培养容器之间用透氧硅胶膜分隔开，并且用石蜡密封容器与密闭氧气室接缝处。静置Ih之后开始向氧气室中通入氧气，进行7 14天的静置培养。如上所述的一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，所述的培养采用可控的主动供氧方式，所述的可控的主动供氧是指通过外部动力系统向氧气室里供氧。如上所述的一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，所述的密封培养容器与氧气室接缝的材料为石蜡或硅油。如上所述的一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，所述的透氧材料膜为硅胶膜。如上所述制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，所述的后处理是指经过7 14天的静态培养之后，将生成的含有功能纳米颗粒的细菌纤维素膜从培养基中取出；将其浸泡在4. O 5. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜。本发明还提供了一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的装置，所述的装置主要由底座和培养容器构成，所述的底座是上部有一台阶的敞口的容器，所述的培养容器倒置在所述底座的台阶上，所述的底座与所述的培养容器之间用透氧材料膜隔开，所述的透氧材料膜和所述的底座下部形成密闭的氧气室；所述的底座下部开有出气孔和进气孔。如上所述的装置，所述的底座与所述的培养容器接缝处用密封材料密封。密封材料通常选择为石腊或娃油。如上所述的装置，所述的进气孔连接进气管，所述进气管接通外部动力系统的供氧管。与现有技术相比，本发明的有益效果是(I)本发明通过采用倒置培养的方式实现了将细菌纤维素膜的培养与实现细菌纤维素膜的功能化结合到一起，使得细菌纤维素膜从培养到功能化一步完成，操作简单、周期短、成本低等优点。(2)本发明克服了采用传统方法制备功能细菌纤维素复合膜的缺点，通过本发明所述的制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法能够在不破坏细菌纤维素膜内部三维结构的前提下制备得到对功能纳米颗粒吸附极好、性能极佳的功能化细菌纤维素复合膜。
(3)本发明采用了一种特殊的装置来控制细菌纤维素膜的生长。采用可控的主动供氧方式通过控制供氧流量以控制密闭氧气室内的氧气浓度进而实现对细菌纤维素膜生长的控制，能制备出不同密度、不同孔隙大小的细菌纤维素膜。
附图是倒置培养装置示意图其中I是培养容器，2是功能纳米颗粒,3是透氧材料膜,4是底座,5是出气孔,6是密封材料，7是氧气室，8是进气孔。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。如附图所示，本发明的一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的装置，所述的装置主要由底座4和培养容器I构成，所述的底座4是上部有一台阶的敞口的容器，所述的培养容器I倒置在所述底座的台阶上，所述的底座4与所述的培养容器I之间用透氧材料膜3隔开，所述的透氧材料膜3和所述的底座4下部形成密闭的氧气室7 ;所述的底座4下部开有出气孔5和进气孔8。所述的底座与所述的培养容器接缝处用密封材料6密封。密封材料6通常选择为石蜡或硅油。所述的进气孔8连接进气管，所述进气管接通外部动力系统的供氧管。功能纳米颗粒2和发酵培养基置于倒置的培养容器I中，由于重力作用，功能纳米颗粒2沉降在透氧材料膜3上，通过氧气室7的不断供氧，细菌纤维素膜逐渐形成，功能纳米颗粒2就能比较均匀地被包容在细菌纤维素膜中。实施例II.配制种子培养基，用于将产醋杆菌活化。种子培养基的成分为葡萄糖7. Ow/
V%，蛋白胨O. 6w/v %，一水合柠檬酸O. 3w/v %，磷酸二氢钾O. 2w/v %，十二水合磷酸氢二钠O. 3w/v%，酵母浸膏O. 5w/v%。控制种子培养基的pH值为7.0，并在121°C下高温灭菌30mino2.取出保存于冷冻室中的产醋杆菌。将接种环在酒精灯上烧热，将接种环伸入试管内斜面，钩取菌种一环后接入装有如步骤I中所述的种子培养基的锥形瓶中。将接入菌种的锥形瓶用纱布封口，放入摇床中在30°C下进行活化24h，摇床转速160rpm。
3.在培养容器中配制含有四氧化三铁纳米颗粒的发酵培养基，用于培养功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜。发酵培养基的成分为葡萄糖7.0w/v%，蛋白胨0.6w/v%，一水合柠檬酸O. 3w/v %，磷酸二氢钾O. 3w/v %，十二水合磷酸氢二钠O. 4w/v %，酵母浸膏O. 6w/V %,四氧化三铁纳米颗粒I. Owt %,四氧化三铁纳米粒子的粒径为I 20nm。机械搅拌300r/min搅拌lh。控制发酵培养基的pH值为7. 0，并在121°C下高温灭菌30min。4.将培养容器用透氧硅胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上，用石蜡将培养容器与氧气室的接缝密封，静置lh。然后向氧气室中通入氧气，在30°C下进行14天的静态培养。5.经过如步骤4的培养之后，将含有功能纳米颗粒的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在5. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有超顺磁性的四氧化三铁/细菌纤维素复合膜。
6.所得到的四氧化三铁/细菌纤维素复合膜具有良好的超顺磁性，剩磁和矫顽力都趋近于零，最大饱和磁化率达到10. 63emu/g ;力学性能优异，最大拉伸强度达20. 6MPa。实施例2I.配制种子培养基，用于将醋化杆菌活化。种子培养基的成分为葡萄糖5. Ow/v%，蛋白胨O. 4w/v%，一水合柠檬酸O. lw/v%，磷酸二氢钾O. lw/v%，十二水合磷酸氢二钠O. lw/v%,酵母浸膏O. 4w/v%。控制种子培养基的pH值为6. 0，并在121°C下高温灭菌30mino2.取出保存于冷冻室中的醋化杆菌。将接种环在酒精灯上烧热，将接种环伸入试管内斜面，钩取菌种一环后接入装有如步骤I中所述的种子培养基的锥形瓶中。将接入菌种的锥形瓶用纱布封口，放入摇床中在30°C下进行活化24h，摇床转速160rpm。3.在培养容器中配制含有以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆甾型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊的发酵培养基，用于培养功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜。发酵培养基的成分为葡萄糖5. 0w/v%,蛋白胨O. 5w/V %, 一水合朽1檬酸O. lw/v%,磷酸二氢钾O. Iw/
，十二水合磷酸氢二钠O. 2w/v%，酵母浸膏O. 5w/v%，以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆甾型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊6. Owt %，其粒径为700 lOOOnm，加入非离子型分散剂吐温809.0wt%。磁力拌400r/min搅拌lh。控制发酵培养基的pH值为7. 0，并在121°C下高温灭菌30min。4.将培养容器用透氧娃胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上,用娃油将培养容器与密闭氧气室的接缝密封，静置lh。然后向密闭氧气室中通入氧气，在30°C下进行14天的静态培养。5.经过如步骤4的培养之后，将含有功能纳米颗粒的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在4. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有温致可逆变色性能的微胶囊/细菌纤维素复合膜。6.所得到的具有温致可逆变色性能的微胶囊/细菌纤维素复合膜可以实现在35 42°C可逆变色，变色灵敏度为O. 2°C，并且可以重复使用，变色性能持久。实施例3I.按照博士论文“细菌纤维素/碳纳米管复合材料的制备及结构性能研究”所述的培养过程，配制种子培养基和发酵培养基分别用于木醋杆菌的活化以及木醋杆菌细菌纤维素的培养。2.在配制发酵培养基步骤中，向发酵培养基中加入纳米银颗粒，其粒径为60 120nm，加入质量占发酵培养基总质量的5. Owt%。3.培养时将培养容器用透氧硅胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上，用石蜡将培养容器与密闭氧气室的接缝密封。静置Ih后向氧气室内通入氧气。在30°C下进行14天的静态培养。4.经过如步骤3的培养之后，将含有纳米银颗粒的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在4. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有良好抗菌性能的纳米银/细菌纤维素复合膜。5.所得到的纳米银/细菌纤维素复合膜具有良好的抗菌性能，对四种常见的细菌大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，白色念珠菌和铜绿假单胞菌均具有优异的抗菌性能，24h释放银离子量在5 300mg/L，抗菌率均大于99. 98%。实施例4I.配制种子培养基，用于将巴氏醋杆菌活化。种子培养基的成分为葡萄糖7. Ow/
V%，蛋白胨O. 5w/v %，一水合柠檬酸O. 2w/v %，磷酸二氢钾O. lw/v %，十二水合磷酸氢二钠O. 2w/v%，酵母浸膏O. 5w/v%。控制种子培养基的pH值为7. 0，并在121 °C下高温灭菌30mino2.取出保存于冷冻室中的巴氏醋杆菌。将接种环在酒精灯上烧热，将接种环伸入试管内斜面，钩取菌种一环后接入装有如步骤I中所述的种子培养基的锥形瓶中。将接入菌种的锥形瓶用纱布封口，放入摇床中在30°C下进行活化24h，摇床转速160rpm。3.在培养容器中配制含有四氧化三铁纳米颗粒的发酵培养基，用于培养四氧化三铁/细菌纤维素复合膜。发酵培养基的成分为葡萄糖7.0w/v%，蛋白胨0.5w/v%，一水合柠檬酸O. 2w/v %，磷酸二氢钾O. 2w/v %，十二水合磷酸氢二钠O. 2w/v %，酵母浸膏O. 5w/v%,四氧化三铁纳米颗粒5. Owt%,四氧化三铁纳米粒子的粒径为I 20nm,加入离子型分散剂聚乙二醇7. 5wt%。机械搅拌300r/min搅拌lh。控制发酵培养基的pH值为6. O,并在121 °C下高温灭菌30min。4.将培养容器用透氧娃胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上,用娃油将培养容器与氧气室的接缝密封，静置lh。然后向氧气室中通入氧气，在30°C下进行14天的静态培养。5.经过如步骤4的培养之后，将含有功能纳米颗粒的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在4. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有超顺磁性的四氧化三铁/细菌纤维素复合膜。6.所得到的四氧化三铁/细菌纤维素复合膜具有良好的超顺磁性，剩磁和矫顽力都趋近于零，最大饱和磁化率达到38. 51emu/g ;力学性能优异，最大拉伸强度达15. 6MPa。实施例5I.配制种子培养基，用于将葡萄糖杆菌活化。种子培养基的成分为葡萄糖6. Ow/
V%，蛋白胨O. 5w/v %，一水合柠檬酸O. 3w/v %，磷酸二氢钾O. 2w/v %，十二水合磷酸氢二、钠0. 2w/v%，酵母浸膏0. 5w/v%。控制种子培养基的pH值为7. 0，并在121°C下高温灭菌30mino2.取出保存于冷冻室中的葡萄糖杆菌。将接种环在酒精灯上烧热，将接种环伸入试管内斜面，钩取菌种一环后接入装有如步骤I中所述的种子培养基的锥形瓶中。将接入菌种的锥形瓶用纱布封口，放入摇床中在30°C下进行活化24h，摇床转速160rpm。3.在培养容器中配制含有纳米银颗粒的发酵培养基，用于培养纳米银/细菌纤维素复合膜。发酵培养基的成分为葡萄糖7. Ow/V%, 蛋白胨0. 5w/V%, 一水合朽1檬酸0. 2w/V %,磷酸二氢钾0. 2w/V %,十二水合磷酸氢二钠0. 2w/v %,酵母浸膏0. 5w/v %,纳米银颗粒3. Owt 纳米银颗粒的粒径为60 120nm,加入离子型分散剂十二烧基苯磺酸钠6.0wt%。磁力搅拌300r/min搅拌lh。控制发酵培养基的pH值为7. 0，并在121°C下高温灭菌30min。4.将培养容器用透氧娃胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上,用娃油将培养容器与氧气室的接缝密封，静置lh。然后向氧气室中通入氧气，在30°C下进行14天的静态培养。5.经过如步骤4的培养之后，将含有功能纳米颗粒的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在4. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有良好抗菌性能的纳米银/细菌纤维素复合膜。6.所得到的纳米银/细菌纤维素复合膜具有良好的抗菌性能，对四种常见的细菌大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，白色念珠菌和铜绿假单胞菌均具有优异的抗菌性能，24h释放银离子量在6 250mg/L，抗菌率均大于99. 98%。实施例6I.按照硕士论文“新型医学生物材料一细菌纤维素的制备与表征”所述的培养过程，配制种子培养基和发酵培养基分别用于农杆菌的活化以及农杆菌细菌纤维素的培养。2.在配制发酵培养基步骤中，向发酵培养基中加入纳米银颗粒，其粒径为60 120nm,加入质量占发酵培养基总质量的4. Owt %。加入离子型分散剂十二烷基苯磺酸钠，力口入质量占发酵培养基总质量的8. Owt%。3.培养时将培养容器用透氧硅胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上，用硅油将培养容器与密闭氧气室的接缝密封。静置Ih后向氧气室内通入氧气。在30°C下进行7天的静态培养。4.经过如步骤3的培养之后，将含有纳米银颗粒的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在4. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有良好抗菌性能的纳米银/细菌纤维素复合膜。5.所得到的纳米银/细菌纤维素复合膜具有良好的抗菌性能，对四种常见的细菌大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，白色念珠菌和铜绿假单胞菌均具有优异的抗菌性能，24h释放银离子量在3 280mg/L，抗菌率均大于99. 98%。实施例7I.按照论文“Synthesis ofcelluloseby acetobacterxylinum”所述的培养过程，配制种子培养基和发酵培养基分别用于根瘤菌的活化以及根瘤菌细菌纤维素的培养。2.在配制发酵培养基步骤中，向发酵培养基中加入以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆甾型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊，其粒径为400 700nm，加入质量占发酵培养基总质量的5. Owt%。加入非离子型分散剂吐温80，加入质量占发酵培养基总质量的8. Owt%。3.培养时将培养容器用透氧硅胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上，用硅油将培养容器与密闭氧气室的接缝密封。静置Ih后向氧气室内通入氧气。在30°C下进行10天的静态培养。4.经过如步骤3的培养之后，将含有以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆甾型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在5. 0wt%的 NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有温致可逆变色性能的微胶囊/细菌纤维素复合膜。5.所得到的具有温致可逆变色性能的微胶囊/细菌纤维素复合膜可以实现在35 42°C可逆变色，变色灵敏度为0. 2°C，并且可以重复使用，变色性能持久。实施例8I.按照论文“In situ modification of bacterial cellulose networkstructure by adding interfering substances during fermentationStJ 配制种子培养基和发酵培养基分别用于八叠球菌的活化以及八叠球菌细菌纤维素的培养。2.在配制发酵培养基步骤中，向发酵培养基中加入以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆甾型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊，其粒径为400 700nm，加入质量占发酵培养基总质量的6. Owt %。3.培养时将培养容器用透氧硅胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上，用硅油将培养容器与密闭氧气室的接缝密封。静置Ih后向氧气室内通入氧气。在30°C下进行12天的静态培养。4.经过如步骤3的培养之后，将含有以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆甾型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在4. 0wt%的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有温致可逆变色性能的微胶囊/细菌纤维素复合膜。5.所得到的具有温致可逆变色性能的微胶囊/细菌纤维素复合膜可以实现在35 42°C可逆变色，变色灵敏度为0. 2°C，并且可以重复使用，变色性能持久。实施例9I.按照论文 “Nano-biomaterials application In situ modification ofbacterial cellulose structure by adding HPMC during fermentation，，所述的培养过程，配制种子培养基和发酵培养基分别用于洋葱假单胞菌的活化以及洋葱假单胞菌细菌纤维素的培养。2.在配制发酵培养基步骤中，向发酵培养基中加入四氧化三铁纳米颗粒，其粒径为100 300nm，加入质量占发酵培养基总质量的3. Owt %。加入离子型分散剂聚乙二醇，加入质量占发酵培养基总质量的6. Owt%
3.培养时将培养容器用透氧硅胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上，用石蜡将培养容器与密闭氧气室的接缝密封。静置Ih后向氧气室内通入氧气。在30°C下进行14天的静态培养。4.经过如步骤3的培养之后，将含有四氧化三铁纳米颗粒的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在5. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干 燥，即可得到具有超顺磁性的四氧化三铁/细菌纤维素复合膜。5.所得到的四氧化三铁/细菌纤维素复合膜具有良好的超顺磁性，剩磁和矫顽力都趋近于零，最大饱和磁化率达到40. 73emu/g ;力学性能优异，最大拉伸强度达13. 3MPa。实施例10I.配制种子培养基，用于将椰毒假单胞菌活化。种子培养基的成分为葡萄糖5. Ow/V %,蛋白胨0. 4w/V %, 一水合朽1檬酸0. Iw/V %,磷酸二氢钾0. Iw/v %,十二水合磷酸氢二钠0. lw/v%，酵母浸膏0. 4w/v%。控制种子培养基的pH值为6. 0，并在121°C下高温灭菌30min。2.取出保存于冷冻室中的椰毒假单胞菌。将接种环在酒精灯上烧热，将接种环伸入试管内斜面，钩取菌种一环后接入装有如步骤I中所述的种子培养基的锥形瓶中。将接入菌种的锥形瓶用纱布封口，放入摇床中在30°C下进行活化24h，摇床转速160rpm。3.在培养容器中配制含有纳米银颗粒的发酵培养基，用于培养功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜。发酵培养基的成分为葡萄糖5. 0w/v%,蛋白胨0. 5w/v%,—水合朽1檬酸0. Iw/V %,磷酸二氢钾0. Iw/V %,十二水合磷酸氢二钠0. 2w/V %,酵母浸膏0. 5w/v %,纳米银颗粒5. Owt其粒径为60 120nm,加入离子型分散剂十二烧基苯磺酸钠8. Owt%。磁力拌400r/min搅拌lh。控制发酵培养基的pH值为6. 0，并在121°C下高温灭菌30min。4.将培养容器用透氧娃胶膜封口之后倒置于密闭氧气室之上,用娃油将培养容器与密闭氧气室的接缝密封，静置lh。然后向密闭氧气室中通入氧气，在30°C下进行7天的静态培养。5.经过如步骤4的培养之后，将含有功能纳米颗粒的细菌纤维素复合膜从培养容器中取出，将其浸泡在5. Owt %的NaOH溶液中，并在100°C的水浴中加热lh，然后用稀盐酸冲洗，然后用去离子水冲洗至中性，去除复合膜上残留的培养基，最后在空气中干燥或在真空冷冻干燥机中干燥，即可得到具有良好抗菌性能的纳米银/细菌纤维素复合膜。6.所得到的纳米银/细菌纤维素复合膜具有良好的抗菌性能，对四种常见的细菌大肠杆菌、金黄色葡萄球菌，白色念珠菌和铜绿假单胞菌均具有优异的抗菌性能，24h释放银离子量在5 350mg/L，抗菌率均大于99. 98%。
权利要求
1.一种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，包括配制种子培养基、配制发酵培养基、菌种活化、菌种接入、培养及后处理步骤，其特征是 所述的配制发酵培养基步骤中加入功能纳米颗粒； 所述的培养是将培养容器倒置后进行培养，培养容器倒置于密闭的氧气室之上，培养容器与氧气室之间用透氧材料膜分隔开，并且密封容器与氧气室接缝处。
2.根据权利要求I所述的ー种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，其特征在于，所述的功能纳米颗粒是颗粒粒径为I IOOOnm的固体功能纳米颗粒；所述的功能纳米颗粒的质量占发酵培养基总质量的I. O 6. Owt%。
3.根据权利要求2所述的ー种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，其特征在于，所述的固体功能纳米颗粒是指具有各种指定功能的纳米颗粒，为具有超顺磁性的四氧化三铁纳米颗粒、以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆留型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊或具有抗菌性能的纳米银颗粒。
4.根据权利要求3所述的ー种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，其特征在于，所述的发酵培养基中还根据所加入的功能纳米颗粒类型的不同加入相对应的分散齐U，当功能纳米颗粒为非极性纳米颗粒时使用离子型分散剂，当功能纳米颗粒为荷电纳米颗粒时使用非离子型分散剂；分散剂的质量与所加入的功能纳米颗粒的质量比为I. 5 2.O I ； 所述的功能纳米颗粒为四氧化三铁荷电纳米颗粒，非离子型分散剂采用聚こニ醇； 所述的功能纳米颗粒为以阿拉伯胶和明胶为壁材及胆甾型液晶为芯材的温致可逆变色微胶囊荷电纳米颗粒，非离子型分散剂采用吐温80 ； 所述的功能纳米颗粒为纳米银非极性纳米颗粒，离子型分散剂采用十二烷基苯磺酸钠。
5.根据权利要求I所述的ー种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，其特征在于，所述的培养采用可控的主动供氧方式，所述的可控的主动供氧是指通过外部动カ系统向氧气室里供氧。
6.根据权利要求I所述的ー种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，其特征在于，所述的密封培养容器与氧气室接缝的材料为石蜡或硅油。
7.根据权利要求I所述的ー种制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法，其特征在于，所述的透氧材料膜为硅胶膜。
8.—种如权利要求I所述的制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法所采用的装置，其特征是所述的装置主要由底座和培养容器构成，所述的底座是上部有一台阶的敞ロ的容器，所述的培养容器倒置在所述底座的台阶上，所述的底座与所述的培养容器之间用透氧材料膜隔开，所述的透氧材料膜和所述的底座下部形成密闭的氧气室；所述的底座下部开有出气孔和进气孔。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在干，所述的底座与所述的培养容器接缝处用密封材料密封。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述的进气孔连接进气管，所述进气管接通外部动カ系统的供氧管。
全文摘要
本发明涉及一种倒置培养法制备功能纳米颗粒/细菌纤维素复合膜的方法及装置。发明内容包括培养基的配制，菌种的活化、接入，细菌纤维素膜的培养及后处理，在配制培养基的步骤加入功能纳米颗粒。倒置培养是将培养容器倒置于氧气室上，二者间用透氧膜分隔并密封接缝处。本发明的装置包括底座和培养容器，底座是上部有一台阶的敞口容器，培养容器倒置在底座台阶上，底座与培养容器之间用透氧膜隔开，透氧膜与底座下部形成氧气室；底座下部设有出气孔和进气孔。本发明将细菌纤维素膜的培养与功能化相结合，操作简单、周期短、成本低，在不破坏细菌纤维素膜内部三维网络结构的前提下制备出对功能纳米颗粒吸附好、性能优良的功能化细菌纤维素复合膜。
文档编号C08K9/10GK102634068SQ20121012456
公开日2012年8月15日 申请日期2012年4月25日 优先权日2012年4月25日
发明者杨敬轩, 汤廉, 王华平, 王肖, 郑威力, 郑羿, 陈仕艳, 项草 申请人:东华大学