纳米纤维素的制备、降解及抗菌性的研究

论文摘要

细菌纤维素是一种由微生物合成的超微纯纳米纤维素,与自然界中存在的植物纤维素相比,具有纯度高、结晶度和重合度高,吸水性强,抗张强度好,生物适应性强,可在自然界直接降解等优点,被称为当今世界上最好的纤维素,具有广泛的应用前景,是当今生物材料领域研究的热点。本文共分五章,第一章介绍了细菌纤维素的研究领域及本论文的研究目的。第二章介绍了木醋杆菌发酵生产细菌纤维素,研究了接种量、裝瓶量、培养温度、发酵周期、初始pH对细菌纤维素产量的影响。测定了发酵过程中的残糖、残氮、pH和细菌纤维素产量的变化趋势。对细菌纤维素的性质、理化结构和形态进行了红外、X-射线衍射、扫描电镜分析、TGA分析。利用称重法计算出纤维素湿膜的持水率为98.19 %。计算出细菌纤维素干膜的复水率为64.39 %。对细菌纤维素膜进行了机械性能测试得出了重要的机械性能指标。第三章为了获得木醋杆菌突变株,分别采用了三种不同的诱变剂紫外线、硫酸二乙酯、亚硝酸钠对木醋杆菌进诱变,绘制了三种诱变剂对木醋杆菌的致死曲线。选择出了合适剂量进行诱变,分别从150株诱变后的菌株中初筛了5株菌株做进一步复筛。第四章研究了细菌纤维素的生物降解。通过实验确定了测定纤维素酶活力的波长为530nm,确定了底物+柠檬酸缓冲液+DNS作为纤维素酶解反应的空白溶液。研究了影响纤维素酶活力的多种因素（包括温度、pH、酶浓度）。计算了纤维素酶的活力,并计算了不同pH和不同温度下纤维素酶的活力。制作了细菌纤维素酶解动力学曲线,由曲线的斜率得出了酶促反应的初速度。第五章研究了细菌纤维素作为一种新型纳米复合材料的特性,制备了细菌纤维素与纳米ZnO和改性ZnO复合材料,研究了它们的抗菌性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 文献综述
• 1.1 历史概况
• 1.2 细菌纤维素的产生菌
• 1.3 细菌纤维素的结构和理化性质
• 1.3.1 细菌纤维素的结构
• 1.3.2 细菌纤维素的结晶结构
• 1.4 细菌纤维素的特性
• 1.4.1 超精细的纳米网状结构
• 1.4.2 高化学纯度
• 1.4.3 高结晶度
• 1.4.4 高聚合度
• 1.4.5 高亲水性
• 1.4.6 高杨氏模量、高抗张强度、极佳的抗撕拉能力和形状维持能力
• 1.4.7 有较高的生物相容性和良好的生物可降解性
• 1.4.8 可利用广泛的基质进行生产
• 1.4.9 生物合成时的物理性能的可调控性
• 1.4.10 形状可塑性
• 1.4.11 透明度高
• 1.5 细菌纤维素的应用
• 1.5.1 在食品工业中的应用
• 1.5.2 在医用材料中的应用
• 1.5.3 在造纸工业中的应用
• 1.5.4 在声学材料上的应用
• 1.5.5 在电子出版物方面
• 1.5.6 石油开采方面
• 1.5.7 燃料电池方面
• 1.5.8 在组织工程中的应用
• 1.5.9 复合材料
• 1.5.10 细菌纤维素在其它领域的应用
• 1.6 细菌纤维素的生物合成
• 1.6.1 木醋杆菌的碳代谢途径
• 1.6.2 纤维素合成中的关键酶
• 1.7 本课题的立题背景
• 1.7.1 细菌纤维素作为纳米材料在伤口愈合领域应用的优越性
• 1.7.2 纳米材料的抗菌机理
• 1.7.3 纳米氧化锌概述
• 1.7.4 纳米氧化锌的抗菌性能
• 1.7.5 细菌纤维素纳米复合材料制备的可行性
• 1.8 本课题的主要研究内容
• 1.9 本课题的创新点
• 第二章 细菌纤维素的制备与结构性质的表征
• 2.1 实验材料与试剂
• 2.1.1 菌种
• 2.1.2 实验药品
• 2.1.3 主要仪器
• 2.1.4 培养基
• 2.1.5 常用试剂的配制
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 纤维素产生菌的形态观察
• 2.2.2 木醋杆菌的生产纤维素的流程图
• 2.2.3 木醋杆菌生长曲线的测定
• 2.2.4 发酵条件的确定
• 2.2.5 发酵参数的测定
• 2.2.6 细菌纤维素的结构及性质的分析与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 纤维素产生菌的形态观察
• 2.3.2 木醋杆菌生产纤维素的流程
• 2.3.3 木醋杆菌生长曲线的测定
• 2.3.4 发酵条件的确定
• 2.3.5 发酵参数的测定
• 2.3.6 细菌纤维素的结构及性质的分析与表征
• 2.3.7 讨论
• 第三章 纤维素高产菌株的选育
• 3.1 前言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 菌种
• 3.2.2 试剂
• 3.2.3 主要仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 菌悬液的制备
• 3.3.2 紫外线致死曲线的制作
• 3.3.3 硫酸二乙酯致死曲线的制作
• 3.3.4 亚硝酸致死曲线的制作
• 3.3.5 选择合适的诱变剂量进行诱变
• 3.3.6 初筛
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 紫外诱变结果
• 3.4.2 硫酸二乙酯诱变结果
• 3.4.3 亚硝酸钠诱变结果
• 3.4.4 初筛结果
• 3.5 讨论
• 第四章 细菌纤维素生物降解的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验材料与试剂
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 试剂
• 4.2.3 主要仪器
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 细菌纤维素的制备
• 4.3.2 葡萄糖标准曲线的制作
• 4.3.3 纤维素酶活的影响因素
• 4.3.4 纤维素酶促反应初速度的测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 标准葡萄糖工作曲线
• 4.4.2 纤维素酶活的影响因素
• 第五章 细菌纤维素/纳米氧化锌复合材料的抗菌性研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验材料与分析方法
• 5.2.1 实验材料
• 5.2.2 试剂
• 5.2.3 主要仪器
• 5.2.4 培养基
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 细菌纤维素/纳米氧化锌复合材料的制备
• 5.3.2 性能测试
• 5.3.3 抗菌性实验研究
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 细菌纤维素湿膜与干膜的孔形态及孔分布比较
• 5.4.2 细菌纤维素湿膜与干膜的孔分布比较
• 5.4.3 细菌纤维素与纳米氧化锌复合前后的XRD分析
• 5.4.4 透射电镜分析
• 5.4.5 抗菌性实验结果
• 5.4.6 红外光谱分析
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢