细菌纤维素产业化长路漫漫

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作者:李惠钰 来源:科学时报 2011-7-12 11:31:44

 李惠钰在生物医用材料中,细菌纤维素成为国际生物医用材料研究的热点。但受制于成本高、产量低、技术转化脱节的阻碍,细菌纤维素在医用材料制品中却迟迟未能实现规模产业化。资料显示,生物医用材料产品约占医疗器械市场的40%~50%,医用金属及合金材料由于耐腐蚀性能、加工等方面的缺陷,使用量已下降了15%,而生物相容性材料所占比例达到30%,这一趋势不断上升。细菌纤维素正好具有的生物亲和性、生物相容性、生物适应性以及良好的生物可降解性。优异的性能已被国际公认纤维素是自然界中最丰富且具有生物可降解性的天然高分子材料,那么什么是细菌纤维素?国家生物医学材料工程技术研究中心主任顾忠伟向记者作出了解释。“其实,细菌纤维素就是除植物纤维素之外的另一类由微生物发酵合成的天然无毒的纳米材料,也叫微生物纤维素。”据顾忠伟介绍,细菌纤维素的化学结构与普通纤维素一样,但却有着普通纤维素无法比拟的优越特性。细菌纤维素属于纳米级纤维,是目前天然纤维中最细的,一根典型的细菌纤维线宽度仅有0.1μm,而针叶木浆纤维的宽度至少有30μm,即使棉花纤维的宽度也约为15μm,而且细菌纤维素是以100%纤维素的形式存在,纯度极高,并且具有良好的通透性、高抗张强度及极佳的性状维持能力等特性。“目前对细菌纤维素的研究主要集中在附加值较高的组织工程支架、骨支架、软骨支架、人工血管、人工皮肤以及药物载体等方面。”顾忠伟说。其实,早在1991年,日本就首次以细菌纤维素成功制备出人工血管,2001年又成功研制成内径为1~3mm的人工血管。东华大学生物科学与技术研究所研究员洪枫长期从事细菌纤维素的研究工作,对于细菌纤维素在人工血管上的应用,洪枫说:“普通的人造血管内壁其实是粗糙的,使用时间长后很可能会形成血栓或者由于新生内膜增厚而导致血管堵塞,而细菌纤维素具有很好的通透性和生物相容性,以及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。”现在,细菌纤维素还被广泛应用于人工皮肤、纱布、绷带和“创口贴”等伤科敷料商品,巴西就连续报道了400多例应用细菌纤维素膜对烧伤、烫伤、皮肤移植和慢性皮肤病等治疗效果良好的实例。洪枫认为,细菌纤维素膜与其他人工皮肤和伤科敷料相比,最大的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,有利于皮肤组织生长,也是非常好的药物缓释载体。“细菌纤维素作为伤口贴料能迅速吸收伤口血液和组织液,防止伤口感染化脓,又能为慢性伤口附近的组织再生提供湿润的环境促进伤口愈合和减轻疼痛。同时纤维素不会和伤口粘连,不会造成二次伤害,剥离时也不会有残留。”洪枫说。规模产业化如何破题生物医用材料制品在世界市场上价格昂贵,附加值高,是技术密集型产业,在我国,过去大部分的生物医用材料要依靠进口,而现在产业化发展已经有所进步。据顾忠伟介绍,目前,应用于血管支架等生物材料的临床使用产品中,60%为国产产品,像具有生物可降解性的骨钉,骨板等也有很多国产产品应用于临床,但是心脏瓣膜等很多的高端产品目前还是主要依靠进口。“总的来说,我们国家在生物材料上虽然取得了一定成果,但是与国际市场相比,我国生物医用材料及其制品产业仍然十分薄弱。”顾忠伟说。洪枫对于这一观点表示赞同,他说:“特别是对于细菌纤维素,虽然已经在研究上取得了一定的成果,但是真正将技术转化为生产力还有很大一段距离。”记者在采访中了解到,日本曾投资50亿日元进行了细菌纤维素工业化生产的研究开发,欧美、东南亚及巴西也投入了大量的人力、物力进行研究开发,这些研究工作中,有的成果已形成产业化生产,产值已达上亿美元。而在我国,大部分细菌纤维素集中在食品食品添加剂和造纸应用等方面,在生物医用材料的开发应用上仅停留在低端产品。“我们国家生产的细菌纤维素应用在敷料上的比较多,特别是利用它来制造纱布,因为纱布属于医用材料的低端产品,出口量也比较大,但是很多高端生物医用产品,目前国内几乎没有。”洪枫说,“有的企业刚开始对这种医用材料很感兴趣,但后来都没有发展起来,也就不了了之。”对此,洪枫分析,细菌纤维素未能实现产业化的主要原因是生产企业的风险投资意识不强,创新能力也不够,对于技术成果转化也有些脱节。洪枫认为,目前细菌纤维素的技术障碍主要有三点: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;二是进一步研究和利用细菌纤维素的成模和成型的工艺技术还没有解决;三是作为生物医用材料,其与生物体长期作用效果、体内降解性、与宿主组织和细胞相容性,以及在体内时细菌纤维素的机械、物理和化学性能的变化等一系列问题还需要进一步研究。目前,国外已经开始将研究工作发展到对细菌纤维素的改性、修饰和制备其复合材料上,通过对纤维素的修饰,制备了性能各异的纤维素衍生物,但现在这方面的研究还处于起步阶段,国内在这方面的研究工作略显薄弱。在洪枫看来,要解决上述问题,今后的研究方向要集中在两点:一是要研究设计可行的发酵设备及发酵工艺以提高纤维素产量,降低成本;二是要研制开发具有自主知识产权的细菌纤维素生物医用材料。与此同时,改进发酵工艺,寻找更廉价更好的细菌纤维素生产原料从而进一步提高其产量,仍将是细菌纤维素研究的基础。洪枫说,“有的企业刚开始对这种医用材料很感兴趣,但后来都没有发展起来,也就不了了之。”


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