納米細菌纖維素膜的應用
細菌纖維素(Bacterial Cellulose，BC)是一類由微生物產生的純纖維素，是一種新型納米生物材料。能夠產生纖維素的細菌主要有Acetobacter（醋桿菌），Rhizobium（根瘤菌），Agrobacterium（農桿菌）等。研究最多、產量最高的細菌Acetobacter xylinum(木醋桿菌)。其中木醋桿菌是最早發現也是研究較爲透徹的纖維素產生菌，它可以利用多種底物生長，是目前已知合成纖維素能力最強的微生物菌種。木醋桿菌是一種革蘭氏陰性好氧菌，單個菌寬度約0．6～0．8 nm，長度爲1．0～4．0 lam，單個、成對或鏈狀存在，菌落大多呈圓形、灰白色、隆起、平滑，能形成皮革狀菌膜，在液體培養基中呈淡青色的極薄平滑菌膜。細菌纖維素是由β-D-葡萄糖通過β-1，4-葡萄糖苷鍵結合成的直鏈，鏈間彼此平行，不呈螺旋構象，無分支結構，又稱爲β-1,4-葡聚糖，見圖1-1(a)。
但相鄰的吡喃葡萄糖的6個碳原子並不在同一個平面上，而是呈穩定的椅狀立體結構，見圖1-1(b)。數個鄰近的p-1,4-葡聚糖鏈由分子鏈內與鏈間的氫鍵穩定結合而形成不溶於水的聚合物，見圖1-1(c)
其中比較典型的是醋酸菌屬中的葡糖醋桿菌（Glucoacetobacterxylinum，舊名木醋桿菌Acetobacter xylinum），它具有最高的纖維素生產能力，被確認爲研究纖維素合成、結晶過程和結構性質的模型菌株。細菌纖維素的合成是一個通過大量多酶複合體系（纖維素合成酶，cellulose synthase，CS）精確調控的多步反應過程，首先是纖維素前體尿苷二磷酸葡萄糖(uridine diphoglucose, UDPGlu)的合成，然後寡聚CS複合物又稱末端複合(terminal complexe, TC)連續地將吡喃型葡萄糖殘基從UDPGlu轉移到新生成的多糖鏈上，形成?茁-(1→4)-D- 葡聚糖鏈，並穿過外膜分泌到胞外，最後經多個葡聚糖鏈裝配、結晶與組合形成超分子織態結構。
人們早在古代就已經發現還有細菌纖維素的物質，如在《齊民要術》中就有在食醋釀製過程中發酵液表面形成凝膠狀菌膜的記載。1976年，布朗（R. M. Brown）及其合作者首次描述了纖維素生物合成過程中醋酸菌的運動。25℃下細胞在合成和分泌纖維素微纖維時的移動速率爲2.0微米/分，相當於每個細菌每小時把108個葡聚糖分子連接到?茁-(1→4)-D-葡聚糖鏈上。當亞纖維素聚合成束或帶時形成反驅動力，推動細菌朝反方向運動。由細菌合成纖維素是一個低能耗的綠色過程，其以無毒的水溶性D葡萄糖爲碳源，通過靜態培養在培養基液體與空氣界面之間由無病原的醋酸菌生產出纖維素。在纖維素的生物合成過程中，醋酸菌的運動控制了所分泌的微纖維的堆積和排列。通常醋酸菌在培養液中在三維方向的自由運動，形成高度發達的精細網絡織態結構。
細菌纖維素的特性
(1)纖維超細。微纖維組成獨特的束狀纖維，其寬度大約爲100 nm左右，厚度3-8nm,屬納米級纖維，是目前最細的天然纖維。
(2)合成速率高。每個木醋桿菌每小時至少可聚合1.5x10*8個葡萄糖分子，以平面靜態淺盤培養，年產量在10 t／666.7 m2左右，是一個季度同面積棉產量的100倍；
(3)高結晶度和高化學純度。以100％纖維素的形式存在，不含半纖維素、木質素和其它細胞壁成分，提純過程簡單；
(4)高抗張強度和彈性模量。BC經洗滌乾燥後，楊氏模量可達10GPa，經熱壓處理後，楊氏模量可達30 GPa，比有機合成纖維的強度高4倍；
(5)高持水量。其內部有很多‘‘孔道”，有良好的透氣、透水性能，能吸收60-700倍於其乾重的水份，並具有高溼強度；
(6)極佳的形狀維持能力和抗撕力。BC膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙膜要強5倍
(7)較高的生物適應性和良好的生物可降解性。細菌纖維素具有較高的生物適應性，並且在自然界中可以直接降解，最終降解成單糖等小分子物質，不污染環境，是一種環境友好產品：
細菌纖維素由於具有獨特的三維納米纖維網狀結構，高的持水性、結晶度和機械強度，良好的生物相容性和無過敏反應，作爲一種新型納米生物材料，在生物醫用材料的應用中具有巨大的潛力。
細菌纖維素(Bacterial Cellulose，BC)是一種由微生物合成的天然纖維素，從分子式看BC與普通植物纖維素沒有什麼差別，但因獨特的物理、化學結構而賦予其極高的機械強度和生物相容性。成形的BC由帶狀超細纖維組成高度結晶體和高度單導向的纖維，複雜地纏繞在一起形成獨特的三維納米纖維網狀結構。 BC獨特三維網狀結構內部有很多“孔道”，有良好的透氣、透水性能，能吸收60～ 700倍於其乾重的水份，這些水分是以自由水的形式存在。醫用材料行業具有非常大的應用前景。同時簡化生產工藝、降低生產成本對推廣應用也將起到很大推動作用。細菌纖維素基含水率高，水分蒸發能有效帶走人體熱量，生物相容性好，不粘連也不刺激皮膚，安全環保；且製備方法簡便，易操作，成本低廉，對環境友好，具有良好的應用前景。
