改性纤维素在卫生领域的研究及应
用情况
（昆明理工大学 化学工程学院 轻化工程 2010级 肖任）
摘要：
纤维素是自然界最丰富的自然资源，在未来对于解决人类面临的能源、资源、和环境污染等问题方面有非常重要的作用，但是纤维素分子中由于高密度的氢键影响作用，使之在医疗卫生领域等方面受到了很大的限制。综述近年来通过对纤维素化学改性合成可以得到纤维素衍生物在医疗卫生方面的应用。其中，细茵纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物可降解性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超细纳米纤维网络、高抗张强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。概括细茵纤维素的性质、研究 历史以及在生物医学材料上的应用， 重点阐述细茵纤维素在组织工程支架、人工血管、人工皮肤 和治疗皮肤损伤方面的应用以及当前研究现状。
关键词：纤维素、细茵纤维素、 组织工程支架 、人工血管 、人工皮肤、化学改性、医疗卫生
Modified cellulose in health field research and should use situation
Cellulose is the most abundant natural resources of nature, in the future to solve human beings are facing with the energy, resources, and environment pollution and so on has a very important role, but cellulose molecules due to the high density of hydrogen bond effect, make in the medical and health fields was much limited. Recent advances in chemical modification of cellulose by synthesis can get cellulose derivatives in medical applications. Among them, the fine wormwood cellulose is a kind of natural biopolymer, with biological activity, biodegradable property, biological adaptability, has a unique physical, chemical and mechanical properties, such as high degree of crystallinity, high water binding capacity, ultrafine nano fiber network, a high strength and modulus of elasticity, etc., and become in recent years international new biomedical materials research hot spot. The nature of the cellulose in fine wormwood, historical study and the application of biomedical materials, the paper fine wormwood cellulose in tissue engineering scaffolds, artificial blood vessels, artificial skin and the treatment of skin damage and the application of the current research status.
Keywords: cellulose, fine wormwood cellulose, tissue engineering scaffolds, artificial blood vessels, artificial skin, chemical modification, medical and health
细菌纤维素( bacterial cellulose ，简称 B C) 又称为微生物纤维素( microbial cellulose ) ，不仅是地球上除植物纤维素之外的另一类由细菌合成的天然惰性材料，而且是世界上公认的性能优异的新型生物学材料。能够产生纤维素的细菌【1】主要有 A c e t o b a c t e r ， R h i z o b i u m，A g r o b a c t e r i u m和S a r c i n a等，其中研究最多、产量最高的是 A c e t o b a c t e r x y l i n u m( A ．x y l i n u m， 木醋杆菌) 。从纤维素的分子组成看，B c和植物纤维一样都是由 B - D- 葡萄糖通过 B ．1 ， 4 精 苷键结合成的直链， 直链间彼此平行，不呈螺旋构象，无分支结构，又称为 B - 1 ，4．葡聚糖。但从物理、化学、
机械性能来看，它具有自己独特的性质，是一种新型天然纳米生物材料，已广泛应用于食品、
造纸、医学材料、声音振动膜等各个领域 ，现已成为国际的研究热点。本文就细菌纤维素
的性质、研究历史以及在生物医学材料上的应用进行概括，重点阐述该纤维素在组织工程支
架、人工血管、人工皮肤和治疗皮肤损伤方面的应用以及当前研究现状。
1 细菌纤维素的特性
由A ， x y l i n u m产生的 B c和植物或海藻产生的纤维素在化学性质上是相同的， 但
B C作为一种新型生物材料，有以下许多独特的性质： ( 1 ) 纤维超细。微纤维组成独特的
柬状纤维，其宽度大约为100 n m左右，厚度为3～8 n m，属纳米极纤维，是目前最细的天
然纤维，其大小仅为人工合成纤维的 I ／ 1 0； ( 2 ) 细菌合成纤维素的速度和产率要比植
物高许多，每个木醋杆菌每小时至少可聚合1．5× 100 个葡萄糖分子，以平面静态浅盘培
养，年产量在1 0 t ／666.7平方左右，是一个季度同面积棉产量的100倍； ( 3 ) 高结晶度
和高化学纯度。以100％纤维素的形式存在，不含半纤维素、木质素和其它细胞壁成分，提
纯过程简单； ( 4 ) 高抗张强度和弹性模量。B C经洗涤、干燥后，杨氏模量可达10 M P a ，
经热压处理后，杨氏模量可达3 0 MP a ， 比有机合成纤维的强度高4倍； ( 5 ) 高持水量
( 或称高亲水性 ) 。其内部有很多“ 孔 道” ，有良好的透气、透水性能，能吸收60— 700
倍于其干重的水份，即有非凡的持水性，并具有高湿强度； ( 6 ) 极佳的形状维持能力和抗
撕力。B C膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙烯膜要强5倍； ( 7 ) 较高的生物适应 性和良
好的生物可降解性。自然环境中，在酸性、微生物以及纤维素酶催化等条件下可以最终降解
成单糖等小分子物质； ( 8 ) 生物合成时性能和形状的的可调控性。通过调节培养条件， 可
得到化学性质有差异的B C。如木醋杆菌能利用葡萄糖与乙酰葡萄胺合成N 一 乙酰氨基葡
萄糖，并以4 ％的比例将 N ，乙酰氨基葡萄糖连接在 BC 上【2】。此外，采取不同的培养
方法，如静态 培养和动态培养，也可以得到不同高级结构的纤维素。White 等【3】曾报道
利用 A c e t o b a c t e r 在培养过程中直接形成一种无缝的、手套形状的纤维素产品，以用
于治疗烧／ 烫伤的手部皮肤； ( 9) 可利用广泛的原料进行生；( 1 0 ) 提取过程简单。
2 细菌纤维素的研究历史
有关 B C的研究最先由B mw n 【4】于1886年发现并报道。在醋酸发酵过程中他观
察到培养基表面形成一层凝胶状膜，经进一步分析确定这是由醋酸杆菌发酵产生的一种纤维
素物质，将其命名为纤维素薄膜。其后，很多课题组对B C的形成机制做了研究。 Hestrin
等【5】在1 9 4 7年第一次详细阐明A ．x y l i n u m合成纤维素的机制。1 9世纪50年代
期间，相关学者发表了一系列有关B C的研究论文。S c h r a m m等【6】在1 9 5 4年报道
了纤维素形成过程中的影响因素，研究了培养基以及相关抑制剂对其形成的影响，并于1957
年研究了合成该纤维素的酶系统【7】；同一个课题组的 E l h a n a n— G r o me t 等【8】
于 1 9 6 2年研究了纤维素合成过程中的中间产物。同时，菲律宾的研究人员也报道了用菠
萝皮和椰子汁发酵生产“ N a t a ” 的方法【 9 , 1 0 】。但是直到 1 9 6 7年，才由 L a p u
z 等【11】证实“ N a t a ” 实际上是由A ．x y l i n u m产生的 纯纤维素。关于 B C的
早期研究有很多是围绕提高 “ N a t a ” 产品的最优发酵条件、分离提纯以及高产菌株 的
筛选等展开的。接下来的十年，研究主要集中在A ．x y l i n u m合成纤维素的生物模型机
制。1977年 C o l v i n 等【12】曾尝试以一种单糖为原料利用纤维素合成酶全生物合成纤
维素产品。
直到1 9世纪8 O年代，人们才渐渐认识到 B C是一种具有潜在商业价值的生物材料，
因此对 A ．x y l i n t t m的 关注逐渐由过去在实验室中研究单纯的生物合成纤维素模型飞
跃到大规模工业化生产。在这个飞跃中有两个课题组的研究人员作出了开拓性工作：由索尼
公司、味之素公司和日本纺织研究所组成的科研人员致力于利用BC 的特殊物理性能制造高
强度材料【13】；另一个是由We y e r h a e u s e r 和 G e ms C o r p组成的研究小组在深 层
搅动发酵罐中以A ． x y l i n u m为菌株生产 B C t 1 4 ] 。到80年代末期 ，很多有关BC
的商业化应用都申请了专利。1992—1993年， Ok I y a ma等【1 5 , 1 6】报道了实验室大规
模培养及通过改进发酵罐的设计生产B C的文章。接下来对 B C的研究越来越多，应用范
围也更加广泛，相继有做为食品添加剂、纸张粘合剂及滤膜等方面的研究被报道【17】。
目前的研究热点主要是将B C 应用于高附加值的产品，尤其是生物医用材料上。1990
年和1991年日人Y 砌a I I a k a 【1 8 , 1 9】首次以该纤维素制备人工血管获了成功。2001
年和2003年 K l e m n等[【20 , 21】则以此材研制成功小直径( 1—3 I t l l n内径) 人工血
管。2005年美国瑞典国际合作小组的S v e n s s o n等【22】发现以B C为软骨组织工程支
架效果良好。此外，该中空纤维还可以作为覆盖神经纤维的护套、气管、 输尿管、 软支架，
以及某些中空气管的替代品等。
3 细菌纤维素在医学材料上的应用
细菌纤维素由于具有独特的生物亲和性、生物相 容性、 生物可降解性、 生物适应性
和无过敏反应， 以及高的持水性和结晶度、 良好的纳米纤维网络、 高的张力和强度，尤
其是良好的机械韧性 ，因此在组织工程支架、 人工血管、 人工皮肤以及治疗皮肤损伤等
方面具有广泛的用途，是国际生物医用材料研究的热点之一。
3、1 BC 在组织工程支架中的应用
生物相容性对于组织工程支架的构建是必不可少的。在研究组织工程 B C支架构建中，
体内生物相容性 的评价非常重要。He l e n i u s等【 2 3 】系统地研究了 B C的 体内生物
相容性。实验中他们把 BC 植入老鼠体内1—1 2周， 利用组织免疫化学和电子显微镜技术，
从慢性炎症反应、 异物排斥反应以及细胞向内生长和血管生成等方面的特征来评价植入物
的体内相容性。结果发现植入物周围无肉眼和显微镜可见的炎症反应，没有纤维化被膜和巨
细胞生成。B C被成纤维细胞侵入，与宿主组织融为一体，未引起任何慢性炎症反应。因此
可以断定B C的生物相容性非常好，在组织工程支架构建方面具有潜在价值。
S v e n s s o n等【22】利用牛软骨细胞来评价天然和经化学修饰的B C材料，并以胶原
蛋白Ⅱ基质上牛软骨细胞的生长情况为对照。结果显示未修饰的BC 不仅提供了足够的机械
性能，而且能支持牛软骨细胞以在胶原蛋白Ⅱ基质上生长时5 0 ％的成活率来生长和增殖。
与通常组织培养用的塑料和海藻酸钙相比，未修饰BC 能更好地支持软骨细胞生长增殖并提
高成活率。而天然软骨中的葡萄糖氨基聚糖的模拟物——经硫酸化和磷酸化修饰后的B C，
则未进一步促进软骨细胞的生长。该研究在扫描体外巨噬细胞中发现BC 没有引起剧烈的炎
症反应。接下来，未修饰的 B C被进一步用于人软骨细胞研究，通过透射电镜 ( T E M) 和
人软骨细胞的胶原蛋白n 的R N A表达分析，发现未修饰的 B C支持人软骨的增殖，同时 T
E M 也进一步证实软骨细胞向B C 支架内生长的事实，这些均证明细菌纤维素在软骨组织
工程中是一种非常有潜力的生物支架材料。
目前做为骨支架工程的材料有很多，比如：陶瓷、金属和高聚物可做为骨修复和骨替
代的材料。而纤维素是一种具有吸引力的天然生物高聚物材料，它的纤维结构和组成骨头的
胶原纤维在形态学方面是一致的。B o d i n等【24】用臭氧诱导 A ．x y l i n u m合成BC
时在其表面形成了聚丙烯酸，然后进一步形成Ca 阳离子交换材料，从而在模拟体液的环境
下形成一个磷酸钙成核位点。这种微纤维表面修饰能以类似于骨组织增长过程的方式诱导晶
体形成。
Wan 等【25】曾对羟基磷灰石( H y d r o x y a p a t i t e ， HA p ) 和细菌纤维素复合物
进行研究，通过采用 S E M， E D S ，X RD和 f T I R等技术测定 HA p—B C纳米级复合
物的特征性能，结果发现经磷酸盐和氯化钙处理后的细菌纤维素纤维浸泡在人造体液时， H
A p 形成了结晶。XRD 显示HA p 晶体的晶型是纳米级的，并且结晶度较低。FTIR 结果显
示 H A p晶体部分被碳酸盐代替，类似天然骨架。纳米级的HA p．B C纤维复合物的结构
特征类似于骨骼中的生物磷灰石，这在组织工程中人造骨骼和支架的应用方面将具有较好的
发展前景。Hutchens 等【26】的研究发现HA p - B C复合物比天然BC 优先支持成骨细胞
的生长。
H u t c h e n s 等【27】指出BC 可做为一种合适的基质用于生物陶瓷沉积和晶核的形成。
它的高亲水性使微粒能够渗入它的内部网络结构，而羟基和醛基的存在能够促进微粒的形
成。在生理PH 值和温度下，通过先在氯化钙溶液中连续培养，然后再在磷酸钠中孵育，最
终在细菌纤维素上形成了磷酸钙微粒。X 射线衍射证实这种微粒是低钙羟基磷灰石，是骨头
的主要组成成分。该复合物有望成为整形外科的一种优良生物材料。研究还发现该材料可以
作为骨头再生的治疗性植入物和用于治愈骨头损伤。
3、2 BC 在人工血管上的应用
众所周知，当血管由于动脉硬化、血管老化或破损等原因不能正常工作时，需进行血
管移植重建。全世界每年要施行的许多血管重建手术由于自体血管来源有限，而异体血管强
烈的排异作用，以及来源少和价格昂贵等原因，常不得不使用人工合成血管作为替代品。目
前，国际临床上使用最广泛的、用于替代大于 6 m ／ n 的人工血管是编织型的涤纶聚酯血
管和膨体聚四氟乙烯血管，这是因为它们结构稳定性好，在体内可长期工作而不发生降解，
但是它们仍存在着不少缺点和不足，譬如血栓的形成和新生内膜增厚导致血管堵塞，至今尚
无十分理想的血管替代物。基于同样原因，用于置换小于6 mm的动、静脉血管的人工血管
还没有开发成功。临床上是采用自体血管进行修复，例如冠状动脉搭桥手术。近3 0年来，
人们一直在致力于这方面的研究。
血管组织工程则通过提供小口径血管的移植为微脉管手术等方法治疗血管疾病提供
了极为有效的途径 。“ B A c t e r i a l S Y n t h e s i z e d C e l l u l o s e ( B A S YC) ”
【27-29】就是为了应用于显微外科手术中的人工血管插入等医学临床而开发的一种“ Ma t
r i x ． r e s e r v o I r p r o c e s s ” 生物技术。应用该技术，在D-葡萄糖培养基中， A ． x
y l i n u m可以直接形成一种内径小于3 mm的管状结构的细菌纤维素。
2001年K l e mm等【27】研究了在显微外科中以B AS YC做为人造血管的可行性。他
们利用大鼠微脉管插补术试验发现只有1 mm内径的B AS YC在湿的状态下具有高的机械强
度，大的持水能力，低粗糙度的内径以及完善的生物活性等优良特性，证明了它在显微外科
中作为人工血管的巨大应用前景。2004年 K l e mm等【28】进一步证实 B A S Y C具有生
物活性和相容性。由于具有与天然血管内腔表面类似的平滑度，因此血管内不会形成血栓，
B AS YC完全符合显微外科中人工血管的物理和生物要求。最近，该课题组【29】将 B A S
Y C 长期植入老鼠体内( 1年) ，然后借助组织免疫和电子显微镜等手段研究老鼠的内皮细
胞、 肌肉细胞、弹性结构和结缔组织等不同结构的变化，重点研究植入的B A S Y C和周
围组织接触的区域。
2006年He n r i k等【30】研究了细菌纤维素作为潜在的组织工程血管支架的机械性能。
通过利用S E M研究静态培养的细菌纤维素薄膜生长的形态学，并比较了细菌纤维素、 猪
动脉血管以及膨体聚四氟乙烯( e P T F E)支架在机械性能上的差异，结果表明细菌纤维的应
变能力与动脉血管相似，这很可能是 由于纳米纤维结构的相似性造成的。通过体外实验研
究了人平滑肌细胞在细菌纤维素上的吸附、 增殖、 向内生长的情况，结果发现在细菌纤维
素上吸附和增殖的平滑肌细胞在培养两个星期后可向内生长4 0 um。
3、3 B C在人工皮肤以及皮肤损伤治疗上的应用
自1997年以来有近1 0个皮肤伤病医疗单位已报道400多例应用BC 膜治疗烧伤、烫
伤、褥疮、皮肤移植、创伤和慢性皮肤溃疡等取得成功的实例，现已有用其制成的人工皮肤、
纱布、绷带和“创口贴”等伤科敷料商品。与其它人工皮肤和伤科敷料相比，该膜的主要特
点是在潮湿情况下机械强度高、对液、气及电解物有良好的通透性、与皮肤相容性好，无刺
激性，可有效缓解疼痛，防止细菌的感染和吸收伤口渗出的液体，促进伤口的快速愈合，有
利于皮肤组织生长。此膜还可作为缓释药物的载体携带各种药物，利于皮肤表面给药，促使
创面的愈合和康复。
B i o f i l l 和 G e n g i f l e x是两个应用 比较广泛的商品。B i o f i l l 做为人类临时皮
肤替代品已被成功应用于治疗二级三级皮肤烧伤、皮肤移植以及慢性皮肤溃疡等疾病【31】，
G e n g i i l e x则用来修复牙龈组织。据报道，B i o f i l l已被成功用于治疗300多个病人，
它具有快速减轻疼痛、支持伤口愈合、消除术后不适感、减少感染几率、易于检查伤 口、 快
速愈合，可随表皮再生而自然脱落，减少治疗时间和成本等特性。唯一的缺点就是在大范围
移动过程中缺少弹性。此外，S c h ma u d e r等【32】将BC 应用于治疗马匹的大面积损伤
等兽医治疗方面，也取得了很好效果。
为了应用于皮肤创伤，S a n c h a v a n a k i t 等【33】利用人类角化细胞和成纤维细胞
来评价 B C膜的潜在生物作用机理。他们研究了从 Na t a椰子汁培养基提取的细菌纤维素
膜的特性以及人类角化细胞和纤维原细胞在B C上的生长情况。用平衡发射极 晶体管技术
( B E T) 测定发现 B C干膜的平均孔径和总表面积为 224 A N G和12．62 m／g 。一张厚
度为 0．1 2 mm的BC 膜，干膜的平均抗张强度和断裂强度分别为5．2 1 MP a和3 ．7 5 ％，
而相应的湿膜为1．5 6 MP a和8．00 ％。风干B C膜的吸水量为每克干膜吸水5.0 9 g 。
研究结果直接证明了BC 膜支持人类角化细胞的生长、增生和移动，但是对成纤维细胞没有
作用。
C z a j a等【34】研究了B C在治疗二级和三级烧伤方面的应用前景，他们对2 0个病
人做了一项医学研究：将B C创伤敷料直接覆盖在新鲜烧伤达9 ％ 一1 8 ％创面上，接下
来观察创伤以及伤口周围环境的变化、观测表皮生长、检测微生物和研究组织病理学。结果
显示，B C是一种很好的促进烧伤愈合的材料，效果好的原因可能是多方面的，譬如( 1 ) B C
的湿润环境易于组织再生、还可以有效的减轻疼痛 ， ( 2) 特殊的纳米结构促进细胞相互作
用、促进组织再生、减轻疼痛以及减少疤痕组织生成，( 3) 治疗过程中BC 有利于在伤口处
安全、方便地释放药物。
4 结束语
生物医学材料由于直接关系到人类的生命与健康，且面临着全球人口的巨大市场需求，
因而得到世界各国的广泛重视。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，例如组织工程支架、骨支架、软骨支架、人工血管、人工皮肤以及药物载体等方面。
但是真正能应用到临床上的产品还不多，除了巴西的商品“ B i o F i l l ”外，大部分的研
究还停留在细胞水平和动物实验等初级阶段，离临床应用仍有一定距离。在我国，人们对细
菌纤维素的了解和认识还不足，对其研究尚处于初级阶段，大部分集中在食品、食品添加剂
和造纸应用等方面，在生物医用材料上的开发应用上相关报道较少。由于细菌纤维素具有优
秀的生物亲和性、生物相容性、生物适应性和良好的生物可降解性，因此该纤维素必将成为
世界上性能优异的新型生物纳米高技术材料。
目前BC 应用的主要技术障碍一是发酵水平较低产量低、成本高、价格不抵普通植物纤
维素，二是进步研究和利用 B C的成模和成型的工艺技术还没有决， 三是做为生物医用材
料，其与生物体长期作用果、体内的降解性、与宿主组织和细胞相容性，以及体内时 B C
的机械、物理和化学性能的变化等一系列题还需要进一步研究。要解决上述问题，今后的研
方向主要有两个 ： 一是要研究设计可行的发酵设备发酵工艺以提高纤维素产量， 降低其
成本； 二是要研开发具有 自主知识产权的 B C生物医用材料。
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i p e p i n e a p p l e u s e d ∞ a f o o d ． ) ．P h i l i p p i n e A g r i c u lt u r i s t ，1 9 3 7， 2 6： 5 0 8— 5 1 4
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[ 1 3 ]I g u c h i M ，Mi t s u h a s h i S ，I c h i m u m，K ，e t a 1 ． B a c t e r i a l c el l u l o s e—c o n t a i n i n g mo l d in g ma t e r i a l h a v i n g h i s h d y na mi c s t ~n gt h．US p a t e n t ，4 7 42 1 6 4，1 9 8 6
[ 1 4 ]J o h n s o n D C ，N e 0 g i ．A N ．S h e e t e d p r o d u c t s f o r me d f r o m r e t i c u l a t e d mi c r o b i a l c e l lu lo s e ．US p a t e n t ，4 8 6 3 5 6 5， 1 98 8
[ 1 5]O k i y a m a A ，S h i r a c H ，I ( ~ t n o H ，e t a 1．B a c t e r i a l c e l l u lo s e I ． T wo 一 8 t sl ~ f e r m e n t a t i o n p r o c e s s f o r c el lu lo s e p r o d u c t io n b y A c et o b a ct e r a c et i ．F o o d Hy d r o c o l l o i &， 1 9 9 2 ， 6 ( 5 )： 4 7 l一 4 7 7
[ 1 6]O k i y a m a A ，Mo t e k i M 。Y a ma n k a S ．B a c t e r i a l c e l l u lo s e I I I ．De v e l o p me n t o f a I l e w f o r m o f c e l l u lo s e ．F o o d Hy d r o c o l lo i & ．1 9 9 3， 6 ( 6 )： 4 9 3— 5 0 1
[ 1 7]Wa t a n a b o K ，Y a ma n k a S ．E f f e ct s o f o x y g e n t e n s i o n i n t he ~8 e o u 8 p h a s e o n p r o d u c t io na n d p h y s i c a l p r op e r t i e s o fb a c t e r i a l c el l u l o s e f or me d u n d e r s t a t i c c u lt u r e c o n d i t i o n s ．B i o s c i Bi o t e ch B i a ch e m，1 9 9 5 。 5 9( 1 )： 6 5— 6 8
[ 1 8]Y a m a n a k a S ，On e E ，WA t A a h e K ，e t a 1．Ho l l o w m ic r o b i a l c el l u lo s e ，p r o c e s s f o r p r e p a r a t i o n t he r e o f ，a n d a r t i f ic i a l b l o o d v e s s e lf o r me d o f s a i dc el lu lo s e ．EP O，3 9 63 4 4，1 9 9 0
[1 9 ]Y a ma n a k aS ， O n eE， WA t A a h eK， e t a 1．H o l l o w m ic m o r g on i s m c e l l u lo s e，i t s ma n u f a c t u r e，a nd a r t i f i c i a l b l o o d v e s s e l ma d e o f c e l lu lo s e ．J P p a t e n t ，3 2 7 2 7 7 2，1 9 91
[ 2 0]K l e n m D ，M a r s e h S ， S ch u ma n n D ，e t a 1．Me t ho d a nd - d e v ic e f o r pr o d u c i n g s l I a m ic r o b i a l c e l l u l o s e f or u s e ∞ a b i o ma t e r ia l，e sp e c i a l l yf o rm ic r c su r g e r y ．WOO ，1 6 1 0 2 6 ，2 0 01
[ 2 1 ]K hm n D ， U d h a r d t U，M a r s eh S ， e t a 1．Me t ho da nd d e v i c ef o r p r od u c i n g s h ap e d m ic r o b i a l c e l lu lo s e f o r u s e ∞ a b i o ma t e r i a 1．e sp e c i a l l yf orm ic r c su r g e r y ．US p a t e n t ，2 0 03 01 31 6 3 0，2 0 0 3
[ 2 2 ]S v e n s s o n A 。N i c k l a s s o n E ，H a r r a h a T ，e t a 1．B a c t er i a l c e l l u lo s e ∞ a p o t en t i a l s c a f f o l d f o r t i s s u e e n g i n e e r i n g o f c a r t i l a g e ．B i o ma t e r ia ls，2 0 0 5，2 6： 41 9—4 31
[ 2 3 ]He l e n i u s G ， B a cc k d a h l H ， B o d i n A ，e t a 1． ／ n v ／ v o b
i o c o mp at i b i l i t y o f b a c t e r i a l c e l l u lo s e ． J o u r n a l o f Bi o me d i c a l Ma t e r i a l s R e s e a r c h， 2 0 0 6， 7 6( 2 ) ： 4 3 1~ 4 3 8
[ 2 4]B o d i n A ，G u s t a f s s o n L ，G a te n h o h n P ．S u r f a c e— e n g i n e e r e d b a c t e r i a l c e l lu lo s e ∞ t e mp l a t e f or b o n e t is s u e g r o w t h ． I n Ab s t r a c t s o f P a p e r s，2 2 7 t h AC S Na t io n a l Me et i n g，An a he i m，
C A， Un i t e d S t a t e s， 2 O 0 4． Wa s h in g t o n， D C： Ame r i c a n C h e m ic a l S o c i e t y，2 0 0 4，C ELL一1 9 7
[ 2 5]Wa n Y Z 。H o n g L，J i a S R 。e t a 1． S y nt he si s and c h a r a c t e r iz a t i o n o f h y d r o x y a p a t i t e — b a c t e r ia l c e l l u lo s e n a ne eo mp es i t c s ．Co mp o s i t e s S ci e n c e a nd Te ch n o l o g y ，2 0 06， 6 6：1 8 2 5—1 8 3 2
[ 2 6]Hu ~ h e n s S A ，E v a n s B R ， O ’ N e i l l H M ．／ n - v ~ r o t e s t i n g o f a n o v e l b a c t e r i a l ’ c e l l u lo s e —h y d r o x ya p a t i t e b i o ma t e r ia 1． I n A b s t r a c t s，5 6 t h S o u t he a s t Re g i o n a l Me et i n g o f t he Ame r i c a n C h e m ic a l S o c i e t y，Re s e a r c hT r ia n g l eP a r k，NC ，Un i t e d S t a t e s ， 2 0 0 4 ． Wa s h i n g t o n，DC ：Ame r ic a l Ch e m ic a l S o c i e t y。2 O O 4。 GEN —O6 3
[ 2 7 ]K l e m m D。S ch u m a n n D ，U d h a r d t U 。e t a 1． B a c t e r i a l s y nt he s i z e d c el l u lo s e— a r t i f i c i a l b l o o d v e s s e l s f o r m i c r c su r g e r y ．P o l y m e r S ci e n c e ， 2 0 0 1 ， 2 6 ( 9 ) ：1 5 6 1—1 6 0 3
[ 2 8 ]K hm m D ，U d h a r d t U ，S ch u ma n n D 。e t a 1．T he mo u ld e d b i o m a t e r i a l B A S Y C ( B A c t e r i a l S Yn t he si z e d C e l l u lo s e ) ：A p r o m i s i n g a r t i f i c i a l b lo o d v e s s e l f o r m i c r c su r g i c a l u s e． I n Ab s t r a c t s o f P a p er s，2 2 7 t h ACS Na t i o n a l Me et i n g，An a h e i m， CA ， Un i t e d S t a t e s。 2 0 0 4． Wa s h i n g t o n。 DC ： Ame r i c a n Ch e m i c a l S o c i e t y ，2 O O 4，CEL L 一1 5 6
[ 2 9 ]S ch u m a n n D ，Ma r s c h S ，K l e m m D ，e t a 1．N e w r e s u lt s a b o u t B A S Y C (B Ac t e r i a l S Y n t he si z e d C e l l u lo s e)，t he p r o mi s i n g a r t i f i c i a lb lo o d v e s s e lf orm i c r c su r g or ya n df u r t h e r a p p l i c a t i o n o f b a c t e r i a l c el lu lo s e i n me d i c i ne ．I n Ab s t r a c t s o f P a p er s，2 2 9 t h ACS Na t i o n a l Me et i n g，S a n Di e g o ，CA ，Un i t e d S t a t e s ，2 0 0 5．Wa s h i n g to n， DC ： A m e r i c a n C h e m ic a l S o c i e t y，2 0 0 5。C EL L _ l 5 2
[ 3 0 ]H e n r l k B ，G l s e l a H ， A a s e B ，e t a 1．Me c h a n i c a l p r op e r t i e s o f b c I f i 丑 I c e l l u l o s e a n d i I 吐e 佣8 wi t h s mo o t h l n w~e c e l l s ． B i o ma t e r i a l s ， 2 0 0 6， 2 7 ( 9 ) ： 2 1 4 1 ～2 1 4 9
[ 3 1 ]F o n t a n a J D ，D e s o u z a A M ，F c m t a n a C K ，e t a 1．A c e t o b a c t e r c e l l u l o s e p e l l i c l e a 8 a t e mp o r a r y s k i n s u b s t i t u t e ．Ap pl B i o c h e m Bi o t e eh n o l 。1 9 9 0，2 4～2 5：2 5 3—2 6 4
[ 3 2 ] S c h m a u d e r H P，F r a n k e n f e l d t K ， L i n d n e r B ， e t a 1．
B a k t er i e n z e l l u lo s e— e i n i n t e r e s s a n t e s b i o ma t e r i a 1． B i do r u m ，2000， 2 3 ( 7 ／ 8 ) ： 4 8 4～ 4 8 6
[ 3 3 ]S a n c h a v a n a k i t N ，S a n g n mg r a u n g r o j W ，K a o m o n g k o l g i t R ，e t a 1．Gr o wt h o f h u ma n k e r a t in o c y t e s a n d f i b r o b l a s t s o n b a c t e r i a l c eU u lo s ef d m．B i o t e eh n o l P r o s 。 2 0 O 6， 2 2 ( 4 ) ；1 1 9
4～1 1 9 9
[ 3 4 C 缒j a W ，K a w ~I d M ，l a T s t y n o w i c z A ，e t a 1．Ap p l i c a t i o n o f b a c t e r i a l c e l l u lo s e i n t r e a t me n t o f 8 e c o n d a nd t l I i r d d e g r e e b u ms ．I n A[ mt n x c t s 0 f Pa p e r s ，2 2 7 t h ACS Na t i o n a l Me e t i n g， An a h e i m。 CA ， Un i t e d St a t e s ， 2 0 0 4 ． Wa s h i n g t o n， DC ：Ame r i c a n Ch e mi c a l S o c i e t y， 2 O O 4，CE LL一1 5 7
改性纤维素在卫生领域的研究及应
用情况
（昆明理工大学 化学工程学院 轻化工程 2010级 肖任）
摘要：
纤维素是自然界最丰富的自然资源，在未来对于解决人类面临的能源、资源、和环境污染等问题方面有非常重要的作用，但是纤维素分子中由于高密度的氢键影响作用，使之在医疗卫生领域等方面受到了很大的限制。综述近年来通过对纤维素化学改性合成可以得到纤维素衍生物在医疗卫生方面的应用。其中，细茵纤维素是一种天然的生物高聚物，具有生物活性、生物可降解性、生物适应性，具有独特的物理、化学和机械性能，例如高的结晶度、高的持水性、超细纳米纤维网络、高抗张强度和弹性模量等，因而成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点。概括细茵纤维素的性质、研究 历史以及在生物医学材料上的应用， 重点阐述细茵纤维素在组织工程支架、人工血管、人工皮肤 和治疗皮肤损伤方面的应用以及当前研究现状。
关键词：纤维素、细茵纤维素、 组织工程支架 、人工血管 、人工皮肤、化学改性、医疗卫生
Modified cellulose in health field research and should use situation
Cellulose is the most abundant natural resources of nature, in the future to solve human beings are facing with the energy, resources, and environment pollution and so on has a very important role, but cellulose molecules due to the high density of hydrogen bond effect, make in the medical and health fields was much limited. Recent advances in chemical modification of cellulose by synthesis can get cellulose derivatives in medical applications. Among them, the fine wormwood cellulose is a kind of natural biopolymer, with biological activity, biodegradable property, biological adaptability, has a unique physical, chemical and mechanical properties, such as high degree of crystallinity, high water binding capacity, ultrafine nano fiber network, a high strength and modulus of elasticity, etc., and become in recent years international new biomedical materials research hot spot. The nature of the cellulose in fine wormwood, historical study and the application of biomedical materials, the paper fine wormwood cellulose in tissue engineering scaffolds, artificial blood vessels, artificial skin and the treatment of skin damage and the application of the current research status.
Keywords: cellulose, fine wormwood cellulose, tissue engineering scaffolds, artificial blood vessels, artificial skin, chemical modification, medical and health
细菌纤维素( bacterial cellulose ，简称 B C) 又称为微生物纤维素( microbial cellulose ) ，不仅是地球上除植物纤维素之外的另一类由细菌合成的天然惰性材料，而且是世界上公认的性能优异的新型生物学材料。能够产生纤维素的细菌【1】主要有 A c e t o b a c t e r ， R h i z o b i u m，A g r o b a c t e r i u m和S a r c i n a等，其中研究最多、产量最高的是 A c e t o b a c t e r x y l i n u m( A ．x y l i n u m， 木醋杆菌) 。从纤维素的分子组成看，B c和植物纤维一样都是由 B - D- 葡萄糖通过 B ．1 ， 4 精 苷键结合成的直链， 直链间彼此平行，不呈螺旋构象，无分支结构，又称为 B - 1 ，4．葡聚糖。但从物理、化学、
机械性能来看，它具有自己独特的性质，是一种新型天然纳米生物材料，已广泛应用于食品、
造纸、医学材料、声音振动膜等各个领域 ，现已成为国际的研究热点。本文就细菌纤维素
的性质、研究历史以及在生物医学材料上的应用进行概括，重点阐述该纤维素在组织工程支
架、人工血管、人工皮肤和治疗皮肤损伤方面的应用以及当前研究现状。
1 细菌纤维素的特性
由A ， x y l i n u m产生的 B c和植物或海藻产生的纤维素在化学性质上是相同的， 但
B C作为一种新型生物材料，有以下许多独特的性质： ( 1 ) 纤维超细。微纤维组成独特的
柬状纤维，其宽度大约为100 n m左右，厚度为3～8 n m，属纳米极纤维，是目前最细的天
然纤维，其大小仅为人工合成纤维的 I ／ 1 0； ( 2 ) 细菌合成纤维素的速度和产率要比植
物高许多，每个木醋杆菌每小时至少可聚合1．5× 100 个葡萄糖分子，以平面静态浅盘培
养，年产量在1 0 t ／666.7平方左右，是一个季度同面积棉产量的100倍； ( 3 ) 高结晶度
和高化学纯度。以100％纤维素的形式存在，不含半纤维素、木质素和其它细胞壁成分，提
纯过程简单； ( 4 ) 高抗张强度和弹性模量。B C经洗涤、干燥后，杨氏模量可达10 M P a ，
经热压处理后，杨氏模量可达3 0 MP a ， 比有机合成纤维的强度高4倍； ( 5 ) 高持水量
( 或称高亲水性 ) 。其内部有很多“ 孔 道” ，有良好的透气、透水性能，能吸收60— 700
倍于其干重的水份，即有非凡的持水性，并具有高湿强度； ( 6 ) 极佳的形状维持能力和抗
撕力。B C膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氯乙烯膜要强5倍； ( 7 ) 较高的生物适应 性和良
好的生物可降解性。自然环境中，在酸性、微生物以及纤维素酶催化等条件下可以最终降解
成单糖等小分子物质； ( 8 ) 生物合成时性能和形状的的可调控性。通过调节培养条件， 可
得到化学性质有差异的B C。如木醋杆菌能利用葡萄糖与乙酰葡萄胺合成N 一 乙酰氨基葡
萄糖，并以4 ％的比例将 N ，乙酰氨基葡萄糖连接在 BC 上【2】。此外，采取不同的培养
方法，如静态 培养和动态培养，也可以得到不同高级结构的纤维素。White 等【3】曾报道
利用 A c e t o b a c t e r 在培养过程中直接形成一种无缝的、手套形状的纤维素产品，以用
于治疗烧／ 烫伤的手部皮肤； ( 9) 可利用广泛的原料进行生；( 1 0 ) 提取过程简单。
2 细菌纤维素的研究历史
有关 B C的研究最先由B mw n 【4】于1886年发现并报道。在醋酸发酵过程中他观
察到培养基表面形成一层凝胶状膜，经进一步分析确定这是由醋酸杆菌发酵产生的一种纤维
素物质，将其命名为纤维素薄膜。其后，很多课题组对B C的形成机制做了研究。 Hestrin
等【5】在1 9 4 7年第一次详细阐明A ．x y l i n u m合成纤维素的机制。1 9世纪50年代
期间，相关学者发表了一系列有关B C的研究论文。S c h r a m m等【6】在1 9 5 4年报道
了纤维素形成过程中的影响因素，研究了培养基以及相关抑制剂对其形成的影响，并于1957
年研究了合成该纤维素的酶系统【7】；同一个课题组的 E l h a n a n— G r o me t 等【8】
于 1 9 6 2年研究了纤维素合成过程中的中间产物。同时，菲律宾的研究人员也报道了用菠
萝皮和椰子汁发酵生产“ N a t a ” 的方法【 9 , 1 0 】。但是直到 1 9 6 7年，才由 L a p u
z 等【11】证实“ N a t a ” 实际上是由A ．x y l i n u m产生的 纯纤维素。关于 B C的
早期研究有很多是围绕提高 “ N a t a ” 产品的最优发酵条件、分离提纯以及高产菌株 的
筛选等展开的。接下来的十年，研究主要集中在A ．x y l i n u m合成纤维素的生物模型机
制。1977年 C o l v i n 等【12】曾尝试以一种单糖为原料利用纤维素合成酶全生物合成纤
维素产品。
直到1 9世纪8 O年代，人们才渐渐认识到 B C是一种具有潜在商业价值的生物材料，
因此对 A ．x y l i n t t m的 关注逐渐由过去在实验室中研究单纯的生物合成纤维素模型飞
跃到大规模工业化生产。在这个飞跃中有两个课题组的研究人员作出了开拓性工作：由索尼
公司、味之素公司和日本纺织研究所组成的科研人员致力于利用BC 的特殊物理性能制造高
强度材料【13】；另一个是由We y e r h a e u s e r 和 G e ms C o r p组成的研究小组在深 层
搅动发酵罐中以A ． x y l i n u m为菌株生产 B C t 1 4 ] 。到80年代末期 ，很多有关BC
的商业化应用都申请了专利。1992—1993年， Ok I y a ma等【1 5 , 1 6】报道了实验室大规
模培养及通过改进发酵罐的设计生产B C的文章。接下来对 B C的研究越来越多，应用范
围也更加广泛，相继有做为食品添加剂、纸张粘合剂及滤膜等方面的研究被报道【17】。
目前的研究热点主要是将B C 应用于高附加值的产品，尤其是生物医用材料上。1990
年和1991年日人Y 砌a I I a k a 【1 8 , 1 9】首次以该纤维素制备人工血管获了成功。2001
年和2003年 K l e m n等[【20 , 21】则以此材研制成功小直径( 1—3 I t l l n内径) 人工血
管。2005年美国瑞典国际合作小组的S v e n s s o n等【22】发现以B C为软骨组织工程支
架效果良好。此外，该中空纤维还可以作为覆盖神经纤维的护套、气管、 输尿管、 软支架，
以及某些中空气管的替代品等。
3 细菌纤维素在医学材料上的应用
细菌纤维素由于具有独特的生物亲和性、生物相 容性、 生物可降解性、 生物适应性
和无过敏反应， 以及高的持水性和结晶度、 良好的纳米纤维网络、 高的张力和强度，尤
其是良好的机械韧性 ，因此在组织工程支架、 人工血管、 人工皮肤以及治疗皮肤损伤等
方面具有广泛的用途，是国际生物医用材料研究的热点之一。
3、1 BC 在组织工程支架中的应用
生物相容性对于组织工程支架的构建是必不可少的。在研究组织工程 B C支架构建中，
体内生物相容性 的评价非常重要。He l e n i u s等【 2 3 】系统地研究了 B C的 体内生物
相容性。实验中他们把 BC 植入老鼠体内1—1 2周， 利用组织免疫化学和电子显微镜技术，
从慢性炎症反应、 异物排斥反应以及细胞向内生长和血管生成等方面的特征来评价植入物
的体内相容性。结果发现植入物周围无肉眼和显微镜可见的炎症反应，没有纤维化被膜和巨
细胞生成。B C被成纤维细胞侵入，与宿主组织融为一体，未引起任何慢性炎症反应。因此
可以断定B C的生物相容性非常好，在组织工程支架构建方面具有潜在价值。
S v e n s s o n等【22】利用牛软骨细胞来评价天然和经化学修饰的B C材料，并以胶原
蛋白Ⅱ基质上牛软骨细胞的生长情况为对照。结果显示未修饰的BC 不仅提供了足够的机械
性能，而且能支持牛软骨细胞以在胶原蛋白Ⅱ基质上生长时5 0 ％的成活率来生长和增殖。
与通常组织培养用的塑料和海藻酸钙相比，未修饰BC 能更好地支持软骨细胞生长增殖并提
高成活率。而天然软骨中的葡萄糖氨基聚糖的模拟物——经硫酸化和磷酸化修饰后的B C，
则未进一步促进软骨细胞的生长。该研究在扫描体外巨噬细胞中发现BC 没有引起剧烈的炎
症反应。接下来，未修饰的 B C被进一步用于人软骨细胞研究，通过透射电镜 ( T E M) 和
人软骨细胞的胶原蛋白n 的R N A表达分析，发现未修饰的 B C支持人软骨的增殖，同时 T
E M 也进一步证实软骨细胞向B C 支架内生长的事实，这些均证明细菌纤维素在软骨组织
工程中是一种非常有潜力的生物支架材料。
目前做为骨支架工程的材料有很多，比如：陶瓷、金属和高聚物可做为骨修复和骨替
代的材料。而纤维素是一种具有吸引力的天然生物高聚物材料，它的纤维结构和组成骨头的
胶原纤维在形态学方面是一致的。B o d i n等【24】用臭氧诱导 A ．x y l i n u m合成BC
时在其表面形成了聚丙烯酸，然后进一步形成Ca 阳离子交换材料，从而在模拟体液的环境
下形成一个磷酸钙成核位点。这种微纤维表面修饰能以类似于骨组织增长过程的方式诱导晶
体形成。
Wan 等【25】曾对羟基磷灰石( H y d r o x y a p a t i t e ， HA p ) 和细菌纤维素复合物
进行研究，通过采用 S E M， E D S ，X RD和 f T I R等技术测定 HA p—B C纳米级复合
物的特征性能，结果发现经磷酸盐和氯化钙处理后的细菌纤维素纤维浸泡在人造体液时， H
A p 形成了结晶。XRD 显示HA p 晶体的晶型是纳米级的，并且结晶度较低。FTIR 结果显
示 H A p晶体部分被碳酸盐代替，类似天然骨架。纳米级的HA p．B C纤维复合物的结构
特征类似于骨骼中的生物磷灰石，这在组织工程中人造骨骼和支架的应用方面将具有较好的
发展前景。Hutchens 等【26】的研究发现HA p - B C复合物比天然BC 优先支持成骨细胞
的生长。
H u t c h e n s 等【27】指出BC 可做为一种合适的基质用于生物陶瓷沉积和晶核的形成。
它的高亲水性使微粒能够渗入它的内部网络结构，而羟基和醛基的存在能够促进微粒的形
成。在生理PH 值和温度下，通过先在氯化钙溶液中连续培养，然后再在磷酸钠中孵育，最
终在细菌纤维素上形成了磷酸钙微粒。X 射线衍射证实这种微粒是低钙羟基磷灰石，是骨头
的主要组成成分。该复合物有望成为整形外科的一种优良生物材料。研究还发现该材料可以
作为骨头再生的治疗性植入物和用于治愈骨头损伤。
3、2 BC 在人工血管上的应用
众所周知，当血管由于动脉硬化、血管老化或破损等原因不能正常工作时，需进行血
管移植重建。全世界每年要施行的许多血管重建手术由于自体血管来源有限，而异体血管强
烈的排异作用，以及来源少和价格昂贵等原因，常不得不使用人工合成血管作为替代品。目
前，国际临床上使用最广泛的、用于替代大于 6 m ／ n 的人工血管是编织型的涤纶聚酯血
管和膨体聚四氟乙烯血管，这是因为它们结构稳定性好，在体内可长期工作而不发生降解，
但是它们仍存在着不少缺点和不足，譬如血栓的形成和新生内膜增厚导致血管堵塞，至今尚
无十分理想的血管替代物。基于同样原因，用于置换小于6 mm的动、静脉血管的人工血管
还没有开发成功。临床上是采用自体血管进行修复，例如冠状动脉搭桥手术。近3 0年来，
人们一直在致力于这方面的研究。
血管组织工程则通过提供小口径血管的移植为微脉管手术等方法治疗血管疾病提供
了极为有效的途径 。“ B A c t e r i a l S Y n t h e s i z e d C e l l u l o s e ( B A S YC) ”
【27-29】就是为了应用于显微外科手术中的人工血管插入等医学临床而开发的一种“ Ma t
r i x ． r e s e r v o I r p r o c e s s ” 生物技术。应用该技术，在D-葡萄糖培养基中， A ． x
y l i n u m可以直接形成一种内径小于3 mm的管状结构的细菌纤维素。
2001年K l e mm等【27】研究了在显微外科中以B AS YC做为人造血管的可行性。他
们利用大鼠微脉管插补术试验发现只有1 mm内径的B AS YC在湿的状态下具有高的机械强
度，大的持水能力，低粗糙度的内径以及完善的生物活性等优良特性，证明了它在显微外科
中作为人工血管的巨大应用前景。2004年 K l e mm等【28】进一步证实 B A S Y C具有生
物活性和相容性。由于具有与天然血管内腔表面类似的平滑度，因此血管内不会形成血栓，
B AS YC完全符合显微外科中人工血管的物理和生物要求。最近，该课题组【29】将 B A S
Y C 长期植入老鼠体内( 1年) ，然后借助组织免疫和电子显微镜等手段研究老鼠的内皮细
胞、 肌肉细胞、弹性结构和结缔组织等不同结构的变化，重点研究植入的B A S Y C和周
围组织接触的区域。
2006年He n r i k等【30】研究了细菌纤维素作为潜在的组织工程血管支架的机械性能。
通过利用S E M研究静态培养的细菌纤维素薄膜生长的形态学，并比较了细菌纤维素、 猪
动脉血管以及膨体聚四氟乙烯( e P T F E)支架在机械性能上的差异，结果表明细菌纤维的应
变能力与动脉血管相似，这很可能是 由于纳米纤维结构的相似性造成的。通过体外实验研
究了人平滑肌细胞在细菌纤维素上的吸附、 增殖、 向内生长的情况，结果发现在细菌纤维
素上吸附和增殖的平滑肌细胞在培养两个星期后可向内生长4 0 um。
3、3 B C在人工皮肤以及皮肤损伤治疗上的应用
自1997年以来有近1 0个皮肤伤病医疗单位已报道400多例应用BC 膜治疗烧伤、烫
伤、褥疮、皮肤移植、创伤和慢性皮肤溃疡等取得成功的实例，现已有用其制成的人工皮肤、
纱布、绷带和“创口贴”等伤科敷料商品。与其它人工皮肤和伤科敷料相比，该膜的主要特
点是在潮湿情况下机械强度高、对液、气及电解物有良好的通透性、与皮肤相容性好，无刺
激性，可有效缓解疼痛，防止细菌的感染和吸收伤口渗出的液体，促进伤口的快速愈合，有
利于皮肤组织生长。此膜还可作为缓释药物的载体携带各种药物，利于皮肤表面给药，促使
创面的愈合和康复。
B i o f i l l 和 G e n g i f l e x是两个应用 比较广泛的商品。B i o f i l l 做为人类临时皮
肤替代品已被成功应用于治疗二级三级皮肤烧伤、皮肤移植以及慢性皮肤溃疡等疾病【31】，
G e n g i i l e x则用来修复牙龈组织。据报道，B i o f i l l已被成功用于治疗300多个病人，
它具有快速减轻疼痛、支持伤口愈合、消除术后不适感、减少感染几率、易于检查伤 口、 快
速愈合，可随表皮再生而自然脱落，减少治疗时间和成本等特性。唯一的缺点就是在大范围
移动过程中缺少弹性。此外，S c h ma u d e r等【32】将BC 应用于治疗马匹的大面积损伤
等兽医治疗方面，也取得了很好效果。
为了应用于皮肤创伤，S a n c h a v a n a k i t 等【33】利用人类角化细胞和成纤维细胞
来评价 B C膜的潜在生物作用机理。他们研究了从 Na t a椰子汁培养基提取的细菌纤维素
膜的特性以及人类角化细胞和纤维原细胞在B C上的生长情况。用平衡发射极 晶体管技术
( B E T) 测定发现 B C干膜的平均孔径和总表面积为 224 A N G和12．62 m／g 。一张厚
度为 0．1 2 mm的BC 膜，干膜的平均抗张强度和断裂强度分别为5．2 1 MP a和3 ．7 5 ％，
而相应的湿膜为1．5 6 MP a和8．00 ％。风干B C膜的吸水量为每克干膜吸水5.0 9 g 。
研究结果直接证明了BC 膜支持人类角化细胞的生长、增生和移动，但是对成纤维细胞没有
作用。
C z a j a等【34】研究了B C在治疗二级和三级烧伤方面的应用前景，他们对2 0个病
人做了一项医学研究：将B C创伤敷料直接覆盖在新鲜烧伤达9 ％ 一1 8 ％创面上，接下
来观察创伤以及伤口周围环境的变化、观测表皮生长、检测微生物和研究组织病理学。结果
显示，B C是一种很好的促进烧伤愈合的材料，效果好的原因可能是多方面的，譬如( 1 ) B C
的湿润环境易于组织再生、还可以有效的减轻疼痛 ， ( 2) 特殊的纳米结构促进细胞相互作
用、促进组织再生、减轻疼痛以及减少疤痕组织生成，( 3) 治疗过程中BC 有利于在伤口处
安全、方便地释放药物。
4 结束语
生物医学材料由于直接关系到人类的生命与健康，且面临着全球人口的巨大市场需求，
因而得到世界各国的广泛重视。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，例如组织工程支架、骨支架、软骨支架、人工血管、人工皮肤以及药物载体等方面。
但是真正能应用到临床上的产品还不多，除了巴西的商品“ B i o F i l l ”外，大部分的研
究还停留在细胞水平和动物实验等初级阶段，离临床应用仍有一定距离。在我国，人们对细
菌纤维素的了解和认识还不足，对其研究尚处于初级阶段，大部分集中在食品、食品添加剂
和造纸应用等方面，在生物医用材料上的开发应用上相关报道较少。由于细菌纤维素具有优
秀的生物亲和性、生物相容性、生物适应性和良好的生物可降解性，因此该纤维素必将成为
世界上性能优异的新型生物纳米高技术材料。
目前BC 应用的主要技术障碍一是发酵水平较低产量低、成本高、价格不抵普通植物纤
维素，二是进步研究和利用 B C的成模和成型的工艺技术还没有决， 三是做为生物医用材
料，其与生物体长期作用果、体内的降解性、与宿主组织和细胞相容性，以及体内时 B C
的机械、物理和化学性能的变化等一系列题还需要进一步研究。要解决上述问题，今后的研
方向主要有两个 ： 一是要研究设计可行的发酵设备发酵工艺以提高纤维素产量， 降低其
成本； 二是要研开发具有 自主知识产权的 B C生物医用材料。
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