心血管领域的难点及细菌纳米纤维素的应用潜力

心血管疾病(心肌梗死、冠状动脉粥样硬化、高血压等)已成为全球人类死亡的主要原因,这些疾病目前主要依靠药物治疗,严重时需心脏冠脉搭桥等外科手术治疗。文中简述了小口径人工血管及人工心脏瓣膜需求的急迫性以及细菌纳米纤维素(BNC)的特点,回顾了BNC在心血管领域的最新研究进展并预测了今后的发展方向。细菌纳米纤维素因其形状可塑性、具有类细胞外基质的3D纤维网络结构、高持水性、血液和细胞相容性好等优点,在心血管领域中的应用潜力非常突出,为其今后在该领域中的发展奠定了基础。

基于细菌纤维素的导电功能复合材料的制备及用于导电纸

以具有三维纳米纤维网络结构的细菌纤维素(BNC)为支撑基底,碳纳米管(CNT)或聚吡咯(PPy)为填充导电材料,通过原位生物培养复合制备导电功能复合材料,并将其应用于导电纸。采用了静态浅瓶培养、动态水平转鼓培养,以及氧化聚合法制备了多种BNC基导电功能复合材料,并对各导电复合膜的产量、宏观及微观(SEM)形貌、力学性能、结晶度、比表面积、导电性能等进行表征,探究最优的制备方式及反应条件,制备出性能优异的BNC基导电纸。结果表明,水平动态转鼓的发酵方式使得CNT的分布更均匀,动态制备的D-BNC/CNT复合膜的电导率随着CNT的负载量增加而增加,质量浓度为1%(wt)的D-BNC/CNT复合膜的电导率(0.94 S/cm)约为静态制备的S-BNC/CNT(0.015 S/cm)的62倍。氧化聚合法制备的D-BNC/PPy导电复合膜,在浓度为0.4%(wt)时力学性能(杨氏模量为3.65 MPa)与导电性能(电导率为0.14 S/cm)最优。D-BNC/1%(wt)CNT/0.4%(wt)PPy导电纸与市售的导电纸相比,导电性能具有明显的优势(二极管的光亮强度更大),导电率达到2.87 S/cm,并且具有超高的柔韧性。

细菌纳米纤维素/聚乙烯醇小径人工血管的制备及其表征

细菌纳米纤维素(bacterial nano-cellulose,BNC)有着良好的生物相容性和力学性能,已被广泛研究用于人工血管等生物医学领域。当纯的BNC凝胶管用于小口径人工血管时,缝合强度等力学性能以及长期抗凝血性等方面不足。为改善以上性能,本研究首次采用压力注射聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)与相分离技术相结合的方法制备BNC/PVA复合管,同时对复合管进行了理化性能与生物相容性表征。结果表明BNC/PVA复合管的轴向拉伸性能、缝合强度、抗渗漏性、爆破压指标均大于BNC管。复合管减少了血小板的粘附,延长了血浆复钙时间,抗凝性优于BNC管｡BNC/PVA复合管对于HUVECs生长增殖无毒害作用。以15%PVA初始浓度复合的BNC/PVA15%管具有良好的力学性能、血液相容性和细胞相容性,表明该复合管在小口径人口血管领域具有良好的应用前景。

细菌纤维素-透明质酸-聚赖氨酸复合膜的制备及其用于功能敷料的潜力

为了改善细菌纤维素敷料功能单一的问题,以该纤维素为基材吸附透明质酸,再通过静电自组装聚赖氨酸,以期制备出功能型敷料。主要探讨透明质酸和聚赖氨酸的浓度比例对敷料理化性质的影响,通过红外分析、微观结构观察、含水率和水蒸气透过率等性能表征及抑菌性测定来综合评价。结果表明,该方法能够成功制备出细菌纤维素-透明质酸-聚赖氨酸复合膜。复合膜中透明质酸与聚赖氨酸结合形态以及复合膜的理化性质随着两者浓度增加而改变。透明质酸和聚赖氨酸的起始复合浓度为1 mg/mL以上时可获得更好的抑菌性,且1∶1的浓度比例能够获得满足实际使用需求的透气性和90%以上抑菌效果的复合膜,在功能敷料领域具有巨大潜力。

碳纳米管浓度对CNT@BC纳米复合膜的理化及电化学性能的影响

为了使细菌纤维素(BC)具有一定的导电性能,采用静态原位培养法,将BC与碳纳米管(CNT)原位培养,得到具有导电性能的CNT@BC纳米复合膜。通过对0.05%(w/V)、0.15%(w/V)和0.25%(w/V)不同浓度CNT培养的CNT@BC复合膜的形貌、匀度与厚度、力学性能、红外、孔径及比表面积、热重、CV、LSV、EIS表征,探究CNT浓度对CNT@BC纳米复合膜的理化及电化学性能的影响。结果表明,CNT的加入对BC膜的杨氏模量有增强作用,CNT浓度越大则复合膜力学性能越强;CNT提高了BC膜的热稳定性,且随着CNT浓度的增加,复合膜的热稳定性越高;加入CNT后,复合膜的孔径增大,比表面积降低。电化学分析可知CNT增加了复合膜的电导率,并且电导率随着CNT浓度的增大而增大,其中0.15%CNT@BC复合膜的电流密度最大(4.17 mA/cm2)、起峰电位最早(-0.02 VRHE),这说明0.15%CNT@BC复合膜具有优异的电化学性能,在电化学领域具有良好的应用前景。