專利名稱：一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置的制作方法
技術領域：
一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置技術領域[0001]本實用新型屬生物材料制造設備領域，特別是涉及一種制備中空異形細菌纖維 素材料的裝置。
背景技術：
[0002]細菌纖維素(Bacterial Cellulose，簡稱BC)由于具有獨特的三維納米纖維網狀結構，高的持水性、聚合度、結晶度和強度，良好的生物相容性和無過敏反應，因此在人 工血管、組織工程支架、人工皮膚以及治療皮膚損傷等方面具有廣泛的用途，是國際生 物醫用材料研究的熱點之一。[0003]早在上世紀初，自體血管移植已經被應用到動脈血管重建，但是自體血管的來 源有限，長期以來，全世界的科學家都在尋找血管代替物，主要是研究移植材料，這一 材料必須能容易融合到患者的組織中而且要一直保持緊密聯系，這樣一些臨床問題例如 植入體松動、植入體附近組織破壞、疼痛、還有手術修正等都可以避免了。特別是移植 的材料中，人工血管材料是直接接觸血液的，必須要滿足下列要求良好的生物和血液 相容性，抗血壓的機械強度，對血液及其組分的不可透過性以及可消毒性。此外，生物 材料的內表面不應吸附或者黏附血液組分，而應被覆蓋內皮細胞，相反地，植入體的外 表面應該被包裹結締組織。[0004]商品化的血管替代物材料PTFE(聚四氟乙烯)，PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)， 聚氨基甲酸脂或者聚硅酮等，通過肝素處理、固定化尿激酶處理或等離子體處理材料內 壁或者在材料的內壁移植內皮細胞等方法處理，這些血管替代物材料能很好的滿足外科 血管手術要求(管徑大于6mm)，當這些材料用于占人體血管大多數的微血管和毛細血管 替代物(管徑為l_6mm)時，往往在血管結合區域出現內膜細胞減生現象，大規模血管周 纖維化或者管內形成大量血栓。因此在的顯微外科手術中，這些材料的臨床應用并不成 功。[0005]由于纖維素能溶于某些化學試劑，因此很早就有人希望將細菌纖維素溶液灌注 模具來“鑄造”有形狀的空腔生物材料。然而效果卻并不理想，所獲得的纖維素產品 不具有原細菌纖維素的優良特性，這可能是由于它的物理結構被改變而導致性能劣化。 那么能否通過讓細菌在產品模具中發酵合成纖維素獲得有形材料呢？由于木醋桿菌合成 纖維素是一個耗氧的次級代謝過程，纖維素易形成于空氣與培養液的交界處，因此氧氣 是纖維素形成的重要因素。已有的研究表明，只要在靜置發酵液中提供表面透氧性能良 好、具有一定形狀的模具，在模具表面就可以形成該形狀的纖維素膜，這樣利用細菌在 線發酵制備有形生物醫用材料就成為可能。[0006]1990年，日本人Yamanaka等以成年雜種狗為實驗對象，使用一種專利方法制備管狀BC材料，將制備好的管狀BC材料植入到其大動脈和頸靜脈血管中，發現雖然在血 管縫合處以及BC管內壁有輕微的血栓吸附，但是BC管始終保持良好的通暢度。2001 年，德國人I^lemm等以大白鼠為實驗對象，用典型的首尾接合的方法研究了 BC管作為微血管替代物情況。手術后的這段時間，大白鼠沒有用任何抗凝藥物處理，觀察到頸動 脈-BC管復合體被結締組織包裹，上面布滿類似血管滋養管的小血管，BC管完全被活體 組織包裹沒有任何排斥反應。所有植入的BC管在手術后都保持100%的暢通率，而且沒 有血栓凝結或者組織增生的現象。因此證明了凝膠狀的管狀BC材料以其高機械強度、 大的持水力、十分規則的內表面和極好的生物相容性等特點，在顯微外科手術中作為組 織工程血管替代物的巨大應用前景。[0007]BC除了用于人造血管等醫用材料外，還可以用于人工皮膚等傷科敷料。微生物 纖維素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倍于其干重的水份，這些水分是以自由水的形式存在。使用BC作為傷口敷料能夠迅 速吸收傷口血液和組織液，防止傷口感染化膿，又能為慢性傷口附近的組織再生提供濕 潤的環境促進傷口愈合和減輕疼痛。同時纖維素不會和傷口粘連，不會造成二次傷害， 剝離時也不會有殘留。自1987年以來，巴西連續報道了 400多例應用細菌纖維素膜對燒 傷、燙傷、褥瘡、凍傷、皮膚移植和慢性皮膚潰瘍等治療效果良好的實例。現已有用其 制成的人工皮膚(商品名為BioFill)、紗布、繃帶和“創口貼”等傷科敷料商品上市。另 外一種叫做Xcell的BC創傷敷料也被用來促進慢性創傷的愈合，同樣也表現出很好的治 療效果。研究顯示這種BC敷料在慢性創傷的應用方面較之其他材料的敷料能夠更有效 地促進傷口愈合。與其它人工皮膚和傷科敷料相比，該膜的主要特點是在潮濕情況下機 械強度高、對液、氣及電解物有良好的通透性、與皮膚相容性好，無刺激性，可有效緩 解疼痛，防止細菌的感染和吸收傷口滲出的液體，促進傷口的快速愈合，有利于皮膚組 織生長。此膜作為緩釋藥物的載體攜帶各種藥物，利于皮膚表面給藥，促使創面的愈合 和康復。因此，該纖維素作為一種極具應用潛力的生物材料具有廣闊的市場應用前景。[0008]但現有設備生產成本和效率都不盡人意，無法進行工業化生產。實用新型內容[0009]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝 置，以提高生產效率。[0010]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種制備中空異形細菌 纖維素材料的裝置，包括密閉容器，第二管狀部件，第一管狀部件和圓柱空心塞；所述 第一管狀部件與第二管狀部件同軸套于第二管狀部件管腔內，第二管狀部件的開口處通 過圓柱空心塞與第一管狀部件密封，第一管狀部件與第二管狀部件的間隙為倒入發酵培 養基的空間。所述的第一管狀部件和第二管狀部件的材料均為具有透氣但不透水性能的 材料。[0011]所述的具有透氣但不透水性能的材料選自硅膠、陶瓷、紙、玻璃紙、無紡布、 紫砂、尼龍、奧綸、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯乙醇、滌綸、特氟綸、膨體聚四氟乙 烯、真絲、尼龍纖維、滌綸纖維、丙綸纖維、再生纖維素纖維、GERO-TEX、EVENT、 ADVANCE-TEX、TEXAPROE> DENTIKS、KING-TEX 中的一種或幾種組合。[0012]所述的第一管狀部件和第二管狀部件為圓柱狀，或多岔管狀，或手形中空狀。[0013]所述的第二管狀部件和第一管狀部件的橫截面形狀為圓形、方形、橢圓形、三 角形、心形、五角星形。[0014]所述的倒入發酵培養基的空間、第二管狀部件和圓柱空心塞皆位于密閉容器 內。[0015]有益效果[0016]本實用新型優點如下[0017](1)制備的管狀或手形等中空異形BC材料相較于其他物理化學的方法，保留了 其獨特的三維網狀納米結構、高化學純度、高結晶度、高聚合度、高強度以及良好的生 物相容性等優點；且制備裝置簡便，成本低廉，生產效率高，可工業化生產。[0018](2)目前已有的BC中空異形材料的制備裝置一般采用單層透氧模具制備，效率 低且外表面或者內表面粗糙，本實用新型采用兩種形狀相同、尺寸或內外徑不同的，但 具有透氣性能的模具材料，軸對稱地固定在一起的發酵裝置，BC產生菌會在外模具的內 表面和內模具的外表面上分別合成BC，并最終形成一個具備模具形狀的BC整體材料。 制備的異形BC材料不僅具有較好的強度和內外均光滑平整的表面，而且從兩個方向合成 BC,生產效率大大提升。[0019](3)本實用新型制備的管狀或手形等中空異形BC材料不僅其尺寸和形狀是可控 的，而且發酵裝置的模具可拆卸，重復使用，所制備的各種異形BC材料可以在表面毫無 損傷的情況下剝離出來。[0020](4)為了進一步提高異形BC材料的制備效率，可將上述多個用于培養的發酵裝 置同時放入到充滿氧氣或空氣的培養環境中以提高產量。
[0021]圖1為本實用新型管狀細菌纖維素材料的剖視圖一，[0022]圖中1-密閉容器，2-第二管狀部件，3-倒入發酵培養基的空間 部件，5-圓柱空心塞。[0023]圖2為本實用新型管狀細菌纖維素材料的剖視圖二，[0024]圖中1-密閉容器，2-第二管狀部件，3-倒入發酵培養基的空間 部件，5-圓柱空心塞。[0025]圖3為多岔管狀細菌纖維素材料的剖視圖，[0026]圖中1-密閉容器，2-第二管狀部件，3-倒入發酵培養基的空間 部件，5-圓柱空心塞。[0027]圖4為手形中空細菌纖維素材料的剖視圖，[0028]圖中1-密閉容器，2-第二管狀部件，3-倒入發酵培養基的空間 部件，5-圓柱空心塞。
具體實施方式
[0029]下面結合具體實施例，進一步闡述本實用新型。應理解，這些實施例僅用于說 明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應理解，在閱讀了本實用新型講授 的內容之后，本領域技術人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣 落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。[0030]實施例1，4-第一管狀 ，4-第一管狀 ，4-第一管狀 ，4-第一管狀[0031]如圖1，圖2，圖3，圖4所示，一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置，包括 密閉容器1，第二管狀部件2，第一管狀部件4和圓柱空心塞5，所述第一管狀部件4與第 二管狀部件2同軸套于第二管狀部件2管腔內，第二管狀部件2的開口處通過圓柱空心塞 5與第一管狀部件4密封，第一管狀部件4與第二管狀部件2的間隙為倒入發酵培養基的 空間3。[0032]第一管狀部件4和第二管狀部件2的材料均為具有透氣但不透水性能的材料； 其中，具有透氣但不透水性能的材料選自硅膠、陶瓷、紙、玻璃紙、無紡布、紫砂、 尼龍、奧綸、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙烯乙醇、滌綸、特氟綸、膨體聚四氟乙烯、 真絲、尼龍纖維、滌綸纖維、丙綸纖維、再生纖維素纖維、GERO-TEX、EVENT、 ADVANCE-TEX、TEXAPROE、DENTIKS、KING-TEX 中的一種或幾種組合。[0033]第一管狀部件4和第二管狀部件2為圓柱狀，或多岔管狀，或手形中空狀。第 二管狀部件2和第一管狀部件4的橫截面形狀為圓形、方形、橢圓形、三角形、心形、五 角星形。第二管狀部件2、所述的倒入發酵培養基的空間3和圓柱空心塞5皆位于密閉容 器1內。[0034]將兩種形狀相同、尺寸或內外徑不同，但具有透氣但不透水性能的模具材料， 軸對稱地固定在一起，向兩種模具的間隙(即倒入發酵培養基的空間幻中注入含生產菌 株的液體培養基，并確保不漏液，然后向第一管狀部件4內腔中注入氧氣或空氣，并將 整個發酵裝置放入充滿氧氣或空氣的密閉環境中進行發酵培養，細菌纖維素產生菌便會 在第二管狀部件2的內表面和第一管狀部件4的外表面上分別合成纖維素，并最終形成一 個具備模具形狀的細菌纖維素整體材料。
權利要求1.一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置，包括密閉容器(1)，第二管狀部件 (2),第一管狀部件(4)和圓柱空心塞(5)，其特征在于所述第一管狀部件(4)與第二 管狀部件O)同軸套于第二管狀部件(2)管腔內，第二管狀部件(2)的開口處通過圓柱空 心塞( 與第一管狀部件(4)密封，第一管狀部件(4)與第二管狀部件O)的間隙為倒入 發酵培養基的空間(3)。
2.根據權利要求1所述的一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置，其特征是所 述的第一管狀部件(4)和第二管狀部件O)的材料均為具有透氣但不透水性能的材料。
3.根據權利要求1所述的一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置，其特征是所 述的第一管狀部件(4)和第二管狀部件( 為圓柱狀，或多岔管狀，或手形中空狀。
4.根據權利要求1所述的一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置，其特征是所 述的第二管狀部件( 和第一管狀部件的橫截面形狀為圓形、方形、橢圓形、三角 形、心形、五角星形。
5.根據權利要求1所述的一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置，其特征在于 所述的倒入發酵培養基的空間(3)、第二管狀部件(2)和圓柱空心塞(5)皆位于密閉容器 (1)內。
專利摘要本實用新型涉及一種制備中空異形細菌纖維素材料的裝置，包括密閉容器，第二管狀部件，第一管狀部件，圓柱空心塞，第一管狀部件與第二管狀部件同軸套于第二管狀部件管腔內，第二管狀部件的開口處通過圓柱空心塞與第一管狀部件密封，第一管狀部件與第二管狀部件的間隙為倒入發酵培養基的空間。向管狀部件的間隙中注入含生產菌株的液體培養基，將整個發酵裝置放入充滿氧氣或空氣的密閉環境中進行發酵培養，細菌纖維素產生菌便會在外模具的內表面和內模具的外表面上分別合成纖維素，并最終形成一個具備模具形狀的細菌纖維素整體材料。本實用新型裝置簡便，成本低廉，生產效率高，可工業化生產。
文檔編號C12M1/04GK201809341SQ20102051175
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月2日 優先權日2010年9月2日
發明者楊光, 洪楓, 魏斌 申請人:東華大學