一、细菌也能产“丝”，性能优异的新型生物纳米材料-细菌纤维素
说起自然界中的“丝”, 我们很容易想起蚕丝、藕丝、蜘蛛丝, 它们与我们生活联系紧密。比如蚕丝, 数千年前就开始利用它制作服饰；藕丝不仅存在于美味可口的食物藕内, 而且在荷梗、莲蓬中也都有；蜘蛛丝则多隐藏在房前屋后小树林中, 时时刻刻准备糊我们一脸。
除了这些由动物或植物产生的丝之外, 其实那些微小到我们肉眼看不见的细菌也能产“丝”——细菌纤维素。
其实, 日常生活中我们也经常见到细菌纤维素, 最典型的一样物品就是优质天然膳食纤维——椰果。
虽然名字中带有“椰”, 椰果可不是真的椰子果肉！椰果, 又称椰子凝胶, 属于微生物的发酵产物, 是木质醋酸菌在液态培养基中生长所形成的代谢产物。
1、什么是细菌纤维素？
细菌纤维素：又称微生物纤维素, 是一种由微生物（如醋酸菌属、芽孢杆菌属、土壤杆菌属、根瘤菌属等）在一定生长条件下分泌产生的纳米级纤维素, 直径介于1-100 nm之间。本质上是它们的细胞外多糖, 是它们保护自己的一种手段。
细菌纤维素电镜照片
2、细菌纤维素众多优异性能介绍
细菌纤维素具有很多优点, 比如纯度高、强度高、可塑性好、保水能力强等, 因此在生物技术和材料科学上都具有很广泛的应用前景。但由于过去我们对这种材料了解极为有限, 所以主要把它用来制作食品, 例如大家都非常熟悉的椰果！
作为一种新型天然纳米生物材料, 细菌纤维素因具有超细纤维、高化学纯度、高结晶度、高持水性、高透气性、良好的机械性能、生物相容性及生物可降解性等特点, 被公认为性能优异的新型生物学材料, 并在组织工程、食品、造纸、化工、精纺、医学等领域得到了广泛的认可及应用。
随着我们对细菌纤维素的了解越来越深入, 也就越发希望将它广泛应用起来。
（1）生物相容性和可降解性
比如它具有良好的生物相容性和可降解性, 当前面对全球塑料污染的严峻环境挑战, 这些特性让它可作为一种用于生产可降解塑料的材料, 有助于缓解塑料污染的问题。
细菌纤维素膜降解情况
（2）改良的细菌纤维素可以用于替代传统塑料
已有研究证明, 改良的细菌纤维素可以用于替代传统塑料, 例如利用细菌纤维素复合材料制作的可降解吸管, 它的耐热性、抗张强度、弯曲强度等都明显优于目前商用疏水涂层纸吸管, 且价格低廉, 在解决白色污染方面有很大的潜力。
改良的细菌纤维素可以用于替代传统塑料
（3）细菌纤维素在造纸行业, 声学领域应用
此外, 细菌纤维素在造纸、声学、医学等多个行业中也都有重要的用途。比如在造纸行业, 由于其强度高, 在制作超强纸的时候会作为重要的添加成分使用；在声学领域, 由于其对声音振动传导快、内耗低, 被用于制作高保真扬声器和耳机的振动膜。
（4）细菌纤维素在医学领域的应用
在医学领域, 它已经过测试并成功用作伤口敷料, 特别是在烧伤病例中被广泛运用。研究表明, 用细菌纤维素覆盖物治疗的烧伤比传统治疗愈合得更快, 疤痕更少。
近些年来, 伴随着对细菌纤维素的研究和了解越发深入, 其应用范围也越发广泛。
以医学领域为例, 自19世纪被发现以来, 细菌纤维素一直被认为是性能优越的天然生物医用材料。
而如今, 具有高纯度、结晶度、弹性模量、抗张强度、持水力等特性的细菌纤维素已经过测试并成功用作伤口敷料, 特别是在烧伤病例中被广泛运用。
这是因为纤维素同时具备保水能力和渗透性, 高保水能力保持伤口湿润的同时, 高渗透性能让伤口渗出物及时排出并透气。
用作伤口敷料的细菌纤维素
理想的伤口敷料应具有以下特点：
（1）能为创面提供湿润的环境并能促进生长因子释放, 促进成纤维细胞、血管内皮细胞、角质细胞等生长；
（2）可以与创面良好贴服；
（3）有效防止水分和体液从创面逸出并吸收从创面流出的渗出液；
（4）能有效防止外界微生物的入侵；
（5）无毒无菌, 对人体无害；
（6）体感好, 具有一定的柔韧性和强度；
（7）能提供理想的生物相容性, 有利于新皮肤的生长。
理想的伤口敷料特点
有研究表明, 用细菌纤维素覆盖物治疗的烧伤比传统治疗愈合得更快, 疤痕更少。这是因为细菌纤维素特有的超细纳米纤维多孔结构, 阻挡外界微生物感染伤口的同时, 还具备保水能力和渗透性, 高保水能力保持伤口湿润的同时, 高渗透性能让伤口渗出物及时排出并透气。
与此同时, 优越的机械强度还能使细菌纤维素用于包扎时能给创面施加一定压力, 有利于加速渗液引流, 消除水肿和促进愈合；超细孔径, 可阻挡细胞长入, 减少换药给创面带来的二次损伤；
无细胞毒性、致敏反应和刺激性, 满足作为创面敷料的基本生物学要求；化学结构稳定, 降解性低, 可忽略降解产物的毒性及其在人体的代谢反应, 也使得换药简便, 无需冲洗伤口；
可根据使用需要调整生产工艺, 以获得不同性状、结构的材料, 便于贴合各种损伤部位及应对不同渗出液量和不同程度感染的创面。
由于细菌纤维素的应用越来越广, 人们对它的需求越来越强烈。传统细菌纤维素的生产主要依赖椰子汁, 但受到原料来源和成本的限制, 使得细菌纤维素的生产难以满足目前的需求, 所以寻找低成本原料和高效低能耗的生产方式是解决问题的关键。
综上所述, 细菌纤维素医用材料符合现代创伤愈合理论, 是一种极具潜力的创伤修复材料。
总之, 目前对细菌纤维素的研究主要集中在附加值较高的医学生物材料上, 例如创面修复、骨支架、软骨支架、人工血管、人工皮肤及药物载体等方面。
相信在不久的将来, 随着各种技术的进一步完善, 各种性能优良的细菌纤维素产品将会更好地为人类服务。
二、细菌纤维素与植物纤维素的区别在哪里
植物纤维素( cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。植物纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一-种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40~50%，还有10~30%的半纤维素和20~30%的木质素。
纳米细菌纤维素（BC）是由微生物发酵生成的纤维素材料，具有独特的纳米多孔纤维结构，具有高结晶度、高比表面积、高聚合度、优良渗透性、高孔隙度、优良机械特性等众多优点。经过功能化的细菌纤维素在化学传感、生物成像、紫外屏蔽、油吸附、燃料电池、生物医用材料、离子检测、防伪标识等众多领域具有良好的应用前景。
细菌纤维素电镜照片
细菌纤维素和植物纤维素的主要区别在于它们的来源、化学纯度和结晶度、微观结构、持水性以及抗张强度和弹性模量。
1. 来源
细菌纤维素是由微生物发酵合成的多孔性网状纳米级生物高分子聚合物。
植物纤维素则是由植物细胞壁合成，广泛存在于植物体内，如树木、棉花、麻等植物组织中。
2. 化学纯度和结晶度
细菌纤维素是一种纯度较高的纤维素，与植物纤维素相比不含木质素、果胶、半纤维素和其他细胞壁成分，这使得它比植物来源的纤维素更加纯净。纤维素含量高达95%以上。
而植物纤维素除了纤维素外，还常常伴随着木质素、半纤维素、果胶等多种复杂的有机化合物，纯度较低。。
细菌纤维素的结晶度高达95%以上，高的聚合度(DP值2 000～8 000)，高于天然植物纤维。
植物纤维素的结晶度为65%。
3. 微观结构
细菌纤维素由独特的丝状纤维组成，纤维直径在0.01～0.10μm之间，比植物纤维素小2～3个数量级，每一丝状纤维由一定数量的超微纤维组成网状结构。细菌纤维素是一种纳米级的多孔纤维结构。
植物纤维素的直径一般为10 μm，这表明细菌纤维素的纤维直径比植物纤维素小2-3个数量级。植物纤维素则是一种更加致密的纤维结构。
4. 持水性
细菌纤维素具有更高的弹性，不溶于水，并具有超强的持水能力，即能够吸收很多水，且不易失水。根据外界条件的不同，它能吸收比自身干重大60～700 倍的水分。
植物纤维素的持水性远达不到以上。
5.抗张强度和弹性模量
细菌纤维素杨氏模量测量值高达15GPa，但理论值是其10倍，这一性能满足了其作为医用组织器官、医用敷料及其他产品的基本要求。弹性模量为一般植物纤维素的数倍至十倍以上，并且抗张强度高。细菌纤维素具有良好的抗拉强度、弹性和柔软度，同时还具有良好的生物相容性和可降解性。
植物纤维素则具有较高的强度和耐久性，但相对较硬和脆。
总的来说，尽管细菌纤维素和植物纤维素都是纤维素，在化学结构单元上都是由葡萄糖单元通过β-1,4-糖苷键连接而成的线性聚合物，但由于它们的来源、化学纯度和结晶度、微观结构、持水性以及抗张强度和弹性模量等存在差异，因此具有各自的独特特点。
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本文关键词：细菌纤维素，植物纤维素
