发布时间：2023-12-31 10:49:55
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的生物材料的特性样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
1.纳米材料的特性
当一种物质被不断切割至一定程度，其粒子小至纳米量级，即为纳米材料。科学家发现纳米材料有许多鲜为人知的性质，比如体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应和介电限效应等。而出现许多特性：光学性质、催化性质、化学反应性质、硬度高、可塑性强、高比热和热膨胀、高导电率和扩散性、高磁化率和高矫顽力等。正由于纳米材料具有诸如上述的性质，为生物医学、药学等许多领域带来新的生机。
2.纳米技术在生物医学中的应用
2.1生物兼容性物质的开发
在生物医学中应用纳米技术，可以使得材料生物的相容性得到最大限度的提升，同时还能够降低生物的毒性、增强生物的传导性从而使得材料生物可以最大限度的满足生物组织的需求，达到生物组织规定的标准。纳米技术应用到生物医学中，衍生出各种纳米材料，如纳米无机金属生物材料，这种材料不具有毒副作用，其与人体的组织具有相容性，有利于人体相关组织的生长。同时纳米具有较强的生物活性，能够对人体的血液进行有效的净化处理，将人体中的有毒物质排出人体的体外，从而使得人体的抵抗力得到进一步的提升，降低人体患病的可能性。
另外，相关的生物医学研究学者利用纳米技术已经研制出一种新型的骨骼亚结构纳米材料，这种材料在实际的临床应用中应用较为广泛，现如今已经成功的取代了原有的合金材料，并且其他成功研制的纳米材料也在临床中得到了应用，可以说，在生物医学领域中，纳米技术无处不在。
2.2 DNA纳米技术
DNA纳米技术主要是依据DNA的理化性质来实现对纳米技术的合理设计和应用，这种DNA纳米技术在实际的应用中，主要是用来实现对分子的组装，在对DNA进行复制的过程中，也能够应用这种技术实现对碱基各种特性的体现，同时也能够使得遗传信息的多样性得到最大限度的体现，在纳米技术进行设计的过程中，所遵循的原理也包括这几方面的特性和内容。
3.纳米技术在药学领域中的应用
3.1纳米控释系统改善药动学性质
将药物制成纳米制剂后，不但达到缓控释效果，而且改变其药物动力学的特性。比如有人以环抱素A为模型药物，以硬脂酸制备了纳米球以市售CYA微乳型口服液为对照，测得口服CYA-SA-NP在大鼠体内相对利用度接近80%，达峰时间推迟，具有明显效果。还有人以链脉霉素糖尿病大鼠为模型，皮下注射胰岛素纳米囊实验，其结果降糖作用持续3天，且在药物吸收相具有明显的量效关系。本品3天一次与一天3次的常规胰岛素疗效相当。
3.2纳米释药系统增强药物靶向性
纳米材料生物相容性好，采用可生物降解的高分子材料作药物载体制成纳米释药系统，可增强抗肿瘤药物靶向性，就相关的阿霉素免疫磁性毫微粒的体内磁靶向定位研究可以了解到，AIMN具有超顺磁特性，在给药部位近端和远端磁区均能产生放射性富集，富集强度为给药量的60%-65%，同时其在脏器的分布显著减少，从而证实了AIMN具有较强的磁靶向定位功能，为靶向治疗肿瘤奠定了结实的基础。
3.3纳米技术在药理学研究上的应用
在药理学研究上，人们可以利用尖端直径小到可以插入活细胞内而又不严重干扰细胞正常生理过程的超微化传感器或纳米传感器用以获得活细胞内大量的动态信息，反映出机体的功能状态并深化对生理及病理过程的理解，为药理学研究提供精确的细胞水平模型。
4.展望
纳米技术属于一种新型的学科技术，在未来的社会发展中，这种技术将会对生物医学以及药学领域带来更为积极的影响，在未来的社会中，这种技术的应用会使得生物医药与药学领域之间的联系性得到进一步的加强，就这方面来说，这项技术在生物医学以及药学领域中的应用主要包括以下几个方面：
（1）在未来的生物医学以及药学领域中，对于分子的研究会更加的深入，而其对于分子的要求也会进一步的提升，而纳米技术的应用就会进一步的提高分子之间相互的作用效果，从而实现对分子的有效组装，而且其在未来的社会发展中，主要的应用方向会是细胞器结构细节以及自身装配机理上等方面。
（2）随着纳米技术的深入发展，这种技术在应用于生物医学以及药学领域中后，会使得诊断以及检测技术的水平更上一层楼，同时这种技术的应用也会在微观上以及微量上实现有效的应用，并且在未来的发展中，这种技术也会逐渐向着功能性以及智能化的方向发展，以实现生物医学以及药学领域各项技术功能水平的提升，还会使得生物医学以及药学领域在管理上实现智能化和数字化，从而对生物医学以及药学领域的发展形成有效的推动作用。
（3）纳米技术在未来的生物医学中以及药学领域中会实现靶向性的转变，纳米技术会将药物的作用进行有效的转向处理，在一定程度上可以将药物的药效得到最大限度的提升，同时也能够对药物的成本进行有效的降低，从而推动生物医学以及药学的发展。
1材料与方法
1.1 材料
（1）供试菌种： 金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、伤寒沙门菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌、乙型副溶血性链球菌、变形杆菌等。（2） 培养基： 普通营养琼脂、半固体、血琼脂培养基。（3）1.5ml EP管，2ml冻存管。（4）标签纸，封口胶布。（5）真空冷冻干燥机，-70℃ 冰箱。
1.2 保存方法
滤纸片保存法[1]：打孔器制取d=3mm圆形滤纸片，10ml普通试管加塞高压消毒灭菌备用，用灭菌镊子夹取滤纸片于平板上正反面蘸取待保存菌种的纯菌落1-2个。放于高压消毒灭菌后的1.5ml EP管再用封口胶带将盖边缘封好于-70℃冰箱保存。
甘油原液保存法：将纯化后的待保存菌种，用高压消毒灭菌后的滤纸片正反面蘸取1-2个菌落，置于1.5ml EP管中，滴加0.3ml甘油原液，胶带将盖边缘封好于-70℃冰箱保存。
菌种保存液法：配制：K2HPO4?：12.6g，柠檬酸钠0.98g，MgSO4?7H2O：0.18g，KH2PO4： 3.6g，甘油88g加蒸馏水至1000ml，121℃灭菌30分钟，4℃保存备用[2]。将细菌接种于普通琼脂平板或血平板，37℃培养24h后，加入3ml备用的菌种保存液，刮取菌落，洗下菌苔充分混匀。微量加样器取0.5ml菌液分装于2ml冻存管中，将盖拧紧于-70℃冰箱保存。
半固体保存法：将普通琼脂高压消毒灭菌后，无菌环境下取1ml分装2ml冻存管中，加盖备用。将待保存的菌种平板划线分离后，用接种针取单个菌落穿刺接种到备用的半固体培养基中，加盖拧紧在37℃ 下培养24h后，存放于-70℃冰箱保存。
脱脂牛奶冷冻干燥法[3]：鲜牛奶煮沸，冷却脱脂，8磅15min灭菌备用。取3ml脱脂牛奶加入待保存菌种平板内，用取菌环刮取菌落，轻轻磨匀。以微量加样器量取0.3ml脱脂牛奶菌悬液加入2ml冻存管，加盖拧紧4℃冰箱保存20min，再转到-20℃冰箱速冻30min.取出后，将盖稍拧松放于真空冷冻干燥机中，真空干燥24h。冷冻干燥结束后，将盖拧紧，于-70℃冰箱保存。
脱脂奶粉冷冻干燥法：配备15%奶粉乳液，煮沸冷却脱脂，8磅15min灭菌备用。取3ml脱脂奶粉乳液加入待保存菌种平板内，用取菌环刮取菌落，轻轻磨匀。以微量加样器量取0.3ml菌悬液加入2ml冻存管，加盖拧紧4℃冰箱保存20min， 再转到-20℃冰箱速冻30min。取出后，将盖稍拧松放于真空冷冻干燥机中，真空干燥24h。冷冻干燥结束后，将盖拧紧，于-70℃冰箱保存。
1.3 活力检测方法 分别于保藏后3、6、9、12个月进行复苏。从-70℃取出一套保存的菌种，37℃水浴快速解冻，根据菌种不同特性，选择不同培养基复苏，检测细菌的存活情况，计算存活率[4]。并结合教学实验进行细菌的形态、染色特性观察、生化反应指标检测和毒力的检测等，比较各教学菌种生物特性是否发生变化。
存活率=（菌株存活数/受检菌株数）×100%
2结果
6种方法保存1年后存活数量及存活率见表1。统计学分析，各组在存活率存在差异。脱脂牛奶冷冻干燥法和脱脂牛奶冷冻干燥法保存效果最好，复苏后全部存活，在细菌的形态、染色特性观察、生化反应指标检测和毒力的检测方面未发生改变。保存液法也能起到较好的保存作用，在短期保存效果上与以上两种方法相同。滤纸片法和甘油原液法在存活率及各项检测指标并无差异。半固体法一年内存活效果最差，复苏后细菌形态发生改变，部分生化指标异常。
3讨论
菌种保存是医学微生物教学必不可少的工作，菌种保存的目的不仅是保持菌种的活性，还要维持各菌种的典型生物学特性、形态，尽可能的不发生或少发生变异。
1.1纳米碳材料
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的AFM探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873K～1473K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。
1.2纳米高分子材料
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1nm～1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1.3纳米复合材料
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。
2纳米材料在生物医学应用中的前景
2.1用纳米材料进行细胞分离
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。
2.2用纳米材料进行细胞内部染色
比利时的DeMey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HAuCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3nm～40nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。
2.3纳米材料在医药方面的应用
2.3.1纳米粒子用作药物载体
一般来说，血液中红血球的大小为6000nm～9000nm，一般细菌的长度为2000nm～3000nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80nm～100nm，而纳米包覆体尺寸约30nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（NPs）在基因治疗中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料
Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。
2.3.3智能—靶向药物
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。
2.4纳米材料用于介入性诊疗
日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的乳酸值，并有助于糖尿病的诊断和治疗。
2.5纳米材料在人体组织方面的应用
纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因治疗、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。
目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因治疗提供了一种更微观的新思路。
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病治疗（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的DNA突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以治疗帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。
瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。
纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，治疗更有效。
论文关键词：纳米材料生物医学应用
关键词：光学相干层析成像（OCT）；频域；多普勒效应
1.前言
量显微成像技术已经发展了很长时间了。为了观察生物组织、微生物组织和了解材料的结构，人们发展了多种成像技术，例如：X光技术及层析技术、核磁共振技术、超声、正电子辐射层析技术及光学层析成像技术OT（Optical tomography）等。上世纪90年代初期，人们结合上述技术并利用宽带光源的低相干特性对生物活体组织的内部微观结构进行了非侵入式的层析成像，这种新的技术被称为光学相干层析技术（Optical CohereneeTomography OCT）[1]，这种成像技术具有许多其他成像方法所不具有的优点，其原理是利用宽带光源的低相干特性，通过测量样品背向散射光的干涉信号，对生物组织内部微观结构进行高分辨率层析三维成像。
2.OCT系统的基本原理
OCT系统的核心结构是迈克尔逊干涉仪如图1所示。从光源发出的低相干光由分束镜分为两束，一束光由反射镜反射后按原路返回并透射过分束镜后到达探测器；另一束通过聚焦透镜聚焦成一个点照射到物体后，其后向散射光按原路返回经分光镜反射后到达探测器，并与参考臂到达探测器的光发生干涉，干涉图（光强信号）由探测器接收。由于低相干光具有极短的相干长度，因此只有在参考臂与信号臂的光程差匹配时才能发生强干涉，这样经反射镜的扫描运动后可得到物体内部各个点的不同强度的干涉信号，其干涉信号的强弱反映了物体内部的结构，通过计算机仿真进行图像重构，可以得到物体内部的层析图像。
3.OCT系统成像研究
建立自1991年MIT的Huang[2]等人在Science上发表题为“Optical Coherence Tomography”的文章以来，OCT技术一直被关注，这项技术最初是在时域中以时域低相干干涉测量技术为基础，出现了时域OCT成像系统[3-5]。
在1993年，Fercher与Swanson等[6-7]发表了人的角膜组织立体成像OCT图。随着横向快速可调谐激光器和CCD技术的发展，频域OCT出现了，由Fercher等[8]（1995）最早构造了自由空间频域OCT系统进行眼内距离的。在频域OCT系统中，深度信号是是通过参考臂与样品臂的相干光谱进行傅立叶变换直接获得，因此可以得到深度方向的全部信息从而从根本上提高了采集速度。
Everett等（1998）[9]与Schoenenberger等[10]（1998）使用偏振OCT测量组织的双折射特性进行探测并获得猪的心肌双折射图像。Hitzenberger等（2001）[11]利用偏振OCT系统获取了鸡心肌的包含相位延迟与快轴方向的OCT图像。偏振OCT可以通过改变光的偏振态而获得传统OCT不能反映的组织信息，包括双折射特性，衰减特性，扰频特性等，为临床确诊提供更加可靠的依据。
功能OCT另一个发展领域是利用多普勒效应与OCT原理相结合衍生出多普勒OCT（DOCT），它源于流动颗粒散射的光与参考光发生干涉的原理，它可以提供生物组织内部高分辨血管分布和速度分布图像。
4.OCT的应用研究
4.1在医学方面的应用
a）眼科诊断
OCT可用于检测诸如青光眼、糖尿病水肿等需要定量测试视网膜变化的疾病，也可以很好的观察眼球前部病变，探测深度可达2cm，OCT对眼底结构观察的清晰度远高于其它检查方法。
b）牙科诊断
在1992年，Fujimoto等[12]就提出了偏振敏感OCT的概念（PS-OCT），在PS-OCT中，使用样品对背散射光双折射的大小成像，对于具有较明显的双折射效应的生物组织来说，PS-OCT能够获得一些重要的结构信息，而这些是传统的OCT做不到的。A.Z.Freitas[13]最近用OCT得到牙齿微结构的三维图像、对口腔的健康状况。
c）内窥应用
内窥OCT可用于执行生物活检、监测人体器官的功能状态、引导手术或其它治疗、监测术后恢复过程等。在医学实践中，活检切除部位的选择通常基于视觉诊察或较大组织区域内生物化学数据，但可能导致错误的临床结果。OCT能精确表示结构变化区域的边界，因此，能提供活检切除部位的精确示意图。
4.2工业材料的检测
工程聚合物现有检测方法有超声检测和显微镜表面检测，前者分辨率低为亚毫米量级，而后者只能对表面高精度检测，看不到材料生产过程中所关心的内部结构信息。而OCT方法则克服了上述两种方法的缺陷，做到了具有一定深度的高分辨率检测。下图2为OCT对一种工业聚合物材料的检测结果，图中亮度代表光强。
1．1材料来源
经过严格筛选的人手掌肌腱45根，男35根，女10根，供者平均年龄为（55±3）岁，由中国人民第401医院提供。肌腱经过－80℃深低温冷冻7周后随机分成A、B、C组共3组。
1．2研究方法
A组肌腱在干冰环境下行3．5kGy高能电子束照射10次，总辐射剂量为35kGy。B组在干冰环境下行3．5kGy的γ射线照射，共10次，总辐射剂量为35kGy。C组肌腱只在干冰环境下保存。
1．3组织学观察
对各组肌腱分别行苏木精－伊红（HE）染色和胶原纤维经典VG染色，观察组织形态学改变。
1．4羟脯氨酸（Hyp）含量检测
采用高效液相色谱法分别检测各组肌腱Hyp的含量。
2结果
2．1组织学观察
C组肌腱染色均匀，纤维排列规整紧密，肌腱细胞沿纤维走行排列。A组肌腱染色仍较均匀，纤维排列欠规整，纤维之间出现缝隙，肌腱细胞沿纤维走行排列。B组肌腱染色不均匀，纤维排列杂乱，大部分出现断裂，纤维之间缝隙更大更明显。
2．2各组Hyp含量比较
A、B、C组肌腱Hyp含量分别为2．809±0．353、3．20±0．376及2．52±0．331。B组Hyp含量明显高于C、A组（F＝16．32，q＝4．60、8．05，P＜0．05），A组Hyp含量与C比较差异无显著性（P＞0．05）。
3讨论
纳米材料在结构、光电和化学性质等方面的诱人特征，引起物理学家、材料学家和化学家的浓厚兴趣。80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国对这种材料给予极大关注。它所具有的独特的物理和化学性质，使人们意识到它的发展可能给物理、化学、材料、生物、医药等学科的研究带来新的机遇。纳米材料的应用前景十分广阔。近年来，它在化工生产领域也得到了一定的应用，并显示出它的独特魅力。
1.在催化方面的应用
催化剂在许多化学化工领域中起着举足轻重的作用，它可以控制反应时间、提高反应效率和反应速度。大多数传统的催化剂不仅催化效率低，而且其制备是凭经验进行，不仅造成生产原料的巨大浪费，使经济效益难以提高，而且对环境也造成污染。纳米粒子表面活性中心多，为它作催化剂提供了必要条件。纳米粒于作催化剂，可大大提高反应效率，控制反应速度，甚至使原来不能进行的反应也能进行。纳米微粒作催化剂比一般催化剂的反应速度提高10～15倍。
纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化剂，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体颗粒，可近似地看成是一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子——空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似的组分进行氧化和还原反应。
光催化反应涉及到许多反应类型，如醇与烃的氧化，无机离子氧化还原，有机物催化脱氢和加氢、氨基酸合成，固氮反应，水净化处理，水煤气变换等，其中有些是多相催化难以实现的。半导体多相光催化剂能有效地降解水中的有机污染物。例如纳米TiO2，既有较高的光催化活性，又能耐酸碱，对光稳定，无毒，便宜易得，是制备负载型光催化剂的最佳选择。已有文章报道，选用硅胶为基质，制得了催化活性较高的TiO／SiO2负载型光催化剂。Ni或Cu一Zn化合物的纳米颗粒，对某些有机化合物的氢化反应是极好的催化剂，可代替昂贵的铂或钮催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的氧化反应温度从600℃降至室温。用纳米微粒作催化剂提高反应效率、优化反应路径、提高反应速度方面的研究，是未来催化科学不可忽视的重要研究课题，很可能给催化在工业上的应用带来革命性的变革。
2.在涂料方面的应用
纳米材料由于其表面和结构的特殊性，具有一般材料难以获得的优异性能，显示出强大的生命力。表面涂层技术也是当今世界关注的热点。纳米材料为表面涂层提供了良好的机遇，使得材料的功能化具有极大的可能。借助于传统的涂层技术，添加纳米材料，可获得纳米复合体系涂层，实现功能的飞跃，使得传统涂层功能改性。涂层按其用途可分为结构涂层和功能涂层。结构涂层是指涂层提高基体的某些性质和改性；功能涂层是赋予基体所不具备的性能，从而获得传统涂层没有的功能。结构涂层有超硬、耐磨涂层，抗氧化、耐热、阻燃涂层，耐腐蚀、装饰涂层等；功能涂层有消光、光反射、光选择吸收的光学涂层，导电、绝缘、半导体特性的电学涂层，氧敏、湿敏、气敏的敏感特性涂层等。在涂料中加入纳米材料，可进一步提高其防护能力，实现防紫外线照射、耐大气侵害和抗降解、变色等，在卫生用品上应用可起到杀菌保洁作用。在标牌上使用纳米材料涂层，可利用其光学特性，达到储存太阳能、节约能源的目的。在建材产品如玻璃、涂料中加入适宜的纳米材料，可以达到减少光的透射和热传递效果，产生隔热、阻燃等效果。日本松下公司已研制出具有良好静电屏蔽的纳米涂料，所应用的纳米微粒有氧化铁、二氧化钛和氧化锌等。这些具有半导体特性的纳米氧化物粒子，在室温下具有比常规的氧化物高的导电特性，因而能起到静电屏蔽作用，而且氧化物纳米微粒的颜色不同，这样还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料的颜色不仅随粒径而变，还具有随角变色效应。在汽车的装饰喷涂业中，将纳米TiO2添加在汽车、轿车的金属闪光面漆中，能使涂层产生丰富而神秘的色彩效果，从而使传统汽车面漆旧貌换新颜。纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料。在涂料中加入纳米SiO2，可使涂料的抗老化性能、光洁度及强度成倍地增加。纳米涂层具有良好的应用前景，将为涂层技术带来一场新的技术革命，也将推动复合材料的研究开发与应用。
3.在其它精细化工方面的应用
精细化工是一个巨大的工业领域，产品数量繁多，用途广泛，并且影响到人类生活的方方面面。纳米材料的优越性无疑也会给精细化工带来福音，并显示它的独特畦力。在橡胶、塑料、涂料等精细化工领域，纳米材料都能发挥重要作用。如在橡胶中加入纳米SiO2，可以提高橡胶的抗紫外辐射和红外反射能力。纳米Al2O3，和SiO2，加入到普通橡胶中，可以提高橡胶的耐磨性和介电特性，而且弹性也明显优于用白炭黑作填料的橡胶。塑料中添加一定的纳米材料，可以提高塑料的强度和韧性，而且致密性和防水性也相应提高。国外已将纳米SiO2，作为添加剂加入到密封胶和粘合剂中，使其密封性和粘合性都大为提高。此外，纳米材料在纤维改性、有机玻璃制造方面也都有很好的应用。在有机玻璃中加入经过表面修饰处理的SiO2，可使有机玻璃抗紫外线辐射而达到抗老化的目的；而加入A12O3，不仅不影响玻璃的透明度，而且还会提高玻璃的高温冲击韧性。一定粒度的锐钛矿型TiO2具有优良的紫外线屏蔽性能，而且质地细腻，无毒无臭，添加在化妆品中，可使化妆品的性能得到提高。超细TiO2的应用还可扩展到涂料、塑料、人造纤维等行业。最近又开发了用于食品包装的TiO2及高档汽车面漆用的珠光钛白。纳米TiO2，能够强烈吸收太阳光中的紫外线，产生很强的光化学活性，可以用光催化降解工业废水中的有机污染物，具有除净度高，无二次污染，适用性广泛等优点，在环保水处理中有着很好的应用前景。在环境科学领域，除了利用纳米材料作为催化剂来处理工业生产过程中排放的废料外，还将出现功能独特的纳米膜。这种膜能探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能对这些制剂进行过滤，从而消除污染。
4.在医药方面的应用
21世纪的健康科学，将以出入意料的速度向前发展，人们对药物的需求越来越高。控制药物释放、减少副作用、提高药效、发展药物定向治疗，已提到研究日程上来。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；使用纳米技术的新型诊断仪器，只需检测少量血液就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病，美国麻省理工学院已制备出以纳米磁性材料作为药物载体的靶定向药物，称之为“定向导弹”。该技术是在磁性纳米微粒包覆蛋白质表面携带药物，注射到人体血管中，通过磁场导航输送到病变部位，然后释放药物。纳米粒子的尺寸小，可以在血管中自由流动，因此可以用来检查和治疗身体各部位的病变。对纳米微粒的临床医疗以及放射性治疗等方面的应用也进行了大量的研究工作。据《人民日报》报道，我国将纳米技术应用于医学领域获得成功。南京希科集团利用纳米银技术研制生产出医用敷料——长效广谱抗菌棉。这种抗菌棉的生产原理是通过纳米技术将银制成尺寸在纳米级的超细小微粒，然后使之附着在棉织物上。银具有预防溃烂和加速伤口愈合的作用，通过纳米技术处理后的银表面急剧增大，表面结构发生变化，杀菌能力提高200倍左右，对临床常见的外科感染细菌都有较好的抑制作用。
微粒和纳粒作为给药系统，其制备材料的基本性质是无毒、稳定、有良好的生物性并且与药物不发生化学反应。纳米系统主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的药物的给药。
纳米生物学用来研究在纳米尺度上的生物过程，从而根据生物学原理发展分子应用工程。在金属铁的超细颗粒表面覆盖一层厚为5～20nm的聚合物后，可以固定大量蛋白质特别是酶，从而控制生化反应。这在生化技术、酶工程中大有用处。使纳米技术和生物学相结合，研究分子生物器件，利用纳米传感器，可以获取细胞内的生物信息，从而了解机体状态，深化人们对生理及病理的解释。
【摘要】 以应力松弛的试验方法研究气管软骨的应力松弛特性，为临床提供气管软骨的应力松弛特性参数。在日本岛津电子万能试验机上对10个软骨进行应力松弛实验，应力松弛实验应变增加速度为50%/min，实验温度为(36.5±0.65)℃，设定实验时间7 200 s，采集100个实验数据，以一元线性回归分析的方法处理实验数据。结果表明：气管软骨7 200 s应力松弛量为0.316 MPa，7 200 s时应力松弛曲线基本达到平衡。气管软骨应力松弛曲线是以对数关系变化的，气管软骨为非线性粘弹性材料。
【关键词】 气管软骨;应力松弛;粘弹性;力学特性
Abstract：To research the tracheal cartilage stress relaxation characteristic and provide the tracheal cartilage stress relaxation characteristic parameter for the clinical.10 cartilages were taken on the electronic universal testing machine to carry on the stress relaxation experiment.The increasing speed of the stress relaxation experiment strain was 50%/min.Experimental temperature was (36.5±0.65)℃，the experimental time was set at 7 200 s.Then 100 empirical data were gathered and processed by the method of Unary Linear Regression Analysis.The tracheal cartilage 7 200 s stress relaxation quantity was 0.316 MPa，the 7 200 s stress relaxation curve achieved the balance basically.The tracheal cartilage stress relaxation curve is changed by the logarithm relations，the tracheal cartilage is the non-linear viscoelastic material.
Key words：Tracheal cartilage;Stress relaxation;Viscoelastic;Mechanics characteristic
1 引 言
国内外学者对气管损伤气道功能重建，对人工气管的基础研究和临床实践做了一定的研究，但对气管软骨的生物力学研究报道较少。前田富兴等[1]对人工气管的抗变形能力进行了研究。ToomesH等[2]以人工气管气道再建进行运动物实验研究。刘德若等[3]对人工气管进行了实验研究。徐艳等[4]研究了纺织结构复合材料人工气管。关于气管软骨的生物力学特性实验国内、外学者们也进行了一定的研究，邓卫军等[5]对成年离体猪气管进行了生物力学的特性实验。王忆勤[6]等对大鼠气管的零应力状态进行了研究。 杨林等[7]对旋转生物反应器用于提高组织工程气管软骨力学强度进行了研究。以往对气管软骨力学特性研究多以动物气管软骨和一维拉伸实验居多[5-7]，对人气管软骨应力松弛粘弹性力学特性研究较少。生物材料的粘弹性主要以应力松弛蠕变为表现形式，应力松弛是软组织在恒应变作用下，对载荷松弛适应性的反应，虽然机制尚不清楚，但气管软骨的应力松弛力学特性对于认识吻合口张力，确定气管损伤后的张力临界点具有重要意义。
气管由于炎症、肿瘤、损伤等疾患需要进行气道再建，现代呼吸道(气道)外科手术对气管病变不超过1/2程度，可切除病变部位气管后直接缝合吻接，修复和重建气管的功能。当气管切除超过其直接的吻合长度，则需要置换人工气管。鉴于临床实际需要，我们对正常国人尸体气管软骨进行了应力松弛实验，得出了气管软骨7 200 s应力松弛量，得出了应力松弛曲线和归一化应力松弛函数曲线。以一元线性回归分析的方法处理实验数据，得出了应力松弛函数方程。
2 材料与方法
2.1 材料
实验标本正常国人新鲜尸体气管标本2个，均为男性，25岁尸体1具，30岁尸体一具。由白求恩医科大学解剖教研室提供。将气管标本生理盐水浸泡的纱布包裹，装入塑料袋中密封后置于-20℃冰箱内保存。实验前取出标本在常温下解冻后，以手术刀切取软骨环试样10个。
2.2 试验装置
日本岛津AG-10TA自动控制电子万能试验机，该机具有自动控制应力、应变增加速度和使应力或应变保持恒定的功能。载荷通过载荷传感器传递，载荷传感器最大量程100 N，使用量程10 N。
2.3 应力松弛实验方法
首先测量式样的原始尺寸。在软组织测量实验中，测量试样的原始尺寸非常关键。作者采用国内外均认可的准长度理论，即在每一给定条件下式样的长度等尺寸。将试样装夹在软组织实验夹具上，给予满量程1%的初载做为准长度的基础。利用读数显微镜测量其长度、宽度和厚度，试样的长度为25 mm，宽度为5 mm，厚度为1.8～2.2 mm，韧带和其他软组织一样，其弹性主要来自熵的改变。因而不存在唯一的自然状态，所以首先对试样进行预调处理，即在同一应力水平下加载-卸载20次。对每个试样分别预调处理后进行实验。
将经过预调的10个试样分别装夹到软组织专用夹具上，夹具与有机玻璃缸连接，玻璃钢内装pH值为7.4的生理盐水，试样置于生理盐水中，装有试样的夹具与实验机上、下头连接。试验机带有-35℃～250℃环境温箱。可自动调节温度并保持恒温。本实验模拟正常人体温，在(36.5±5)℃的温度场下进行。预先设定好程序，记录方式为X-T，其中X轴为应力，T轴为时间。本实验以50%/min的速度对试样施加载拉应变，当应变达到9.28%，应力达到1.207 MPa时保持恒定，应力随时间的改变不断下降。
计算机程序设定从时间t0开始采集数据，每10 s采集一个数据40次，之后每136 s采集一个数据，采集50次，共采集90个数据，历时7 200 s达到设定时间后，计算机自动输出实验曲线和数据。
3 结果
3.1 应力松弛实验数据和归一化应力松弛函数数据
10个气管软骨试样应力松弛实验数据经统计分析后结果见表1。10个气管软骨试样归一化应力松弛函数数据见表2。表1 应力松弛实验数据(x±s)表2 归一化应力松弛函数数据
3.2 应力松弛曲线
对每组10个应力松弛试样的实验数据拟合应力松弛曲线见图1。对每组10个试样归一化应力松弛函数数据拟合曲线见图2。图1 应力松弛曲线
Fig 1 The stress relaxation curve
图2 归一化应力松弛函数曲线
Fig 2 Normalized stress relaxation function curve
3.3 归一化应力松弛函数方程的计算归一化应力松弛函数方程的建立：以一元线性回归方法处理实验数据，松弛曲线是以对数关系变化的，因此设
G(t)=1
c lnt+d t=0
t>0(1)
令φ(a，d)=∑nt=1[G(t)-G(实)]2
则φc=0 φd=0
c∑11i=1ln2t+d∑11i=1lnt-∑11i=1G实=0
c∑11i=1lnt+d∑11i=1d-∑11i=1G实=0(2)
将实验数据带入(2)式，结出屈肌腱c=-0.0396，d=1.0306。将c、d代入(1)式得出气管软骨：
G(t)=1t=0
-0.0313lnt+1.0626t>0
4 讨论
试验结果表明，气管软骨7 200 s应力松弛量为0.316 MPa，应力松弛最初600 s变化较快，达总松弛量的30%，之后应力缓慢下降，达到7 200 s时曲线基本达到平衡，气管软骨的应力松弛曲线是以对数关系变化的。气管软骨在生理上主要是具有一定的舒张性，吸气时伸长而变粗，呼气时复原。气管具有一定的屈、伸性，屈、伸时气管和气管软骨都承受着一定的生理载荷。气管的力学性能的保持主要是胶原纤维的合理排列分布为弹性支架，通过蛋白多糖的亲水作用来形成局部的张力和渗透张力，当组织受载时，由于压力差大于局部张力使水缓慢流出，当去载时由于组织的膨胀压和渗透压使水流回组织内[8]。在正常的生理状态下，气管软骨能在生理载荷范围内适应外力的牵拉，表现出一定抗张性。
气管组织内含有胶原纤维，胶原纤维具有一定的韧性，胶原蛋白是动物体内含量最丰富的蛋白质，它是一种高级结构，可形成最佳的力学特性。胶原蛋白最最重要的力学性质是拉伸刚度和抗拉强度。
软骨是一种多孔的粘弹材料，组织间隙为液体所充满。在应力作用下，液体可在组织中流进或流出(当组织膨胀时流进，收缩时流出)，软骨力学性能随液体的含量而变化。事实上，液体在应力下的流动似乎是这种无血管组织取得营养的主要途径。因此，研究气管软骨应力-应变的关系不仅对于了解软骨传递载荷的特性有必要，而且对于了解组织的健康状况也是非常重要的[9]，软骨是由一种液相和固相组成，液相主要是水，固相主要是包括胶原纤维和弹性纤维，蛋白多糖和细胞成份。液相主要功能是通过自身的媒介作用把小的溶质传送或扩散于组织内外，固相胶原纤维的网状支架是张应变和张应力的表述[10-11]。蛋白多糖的亲水性很强，对维持软骨的粘弹性及对抗压力起着重要作用。
本实验初始应力与文献[12]相同，但本实验7 200 s应力松弛量低于文献[12]中髋关节软骨和膝关节软骨。承重部位软骨和非承重部位软骨具有不同的力学特性。本实验结果支持软骨的力学性质与软骨的胶原含量呈正相关的观点。软骨所处不同的生理解剖位置及不同的生理功能决定了其粘弹性的存在和其间的差异。
本实验以正常人青年新鲜尸体气管软骨为研究对象。更充分地揭示气管软骨作为生物粘弹性材料的力学特性，对临床更具有实际意义。
参考文献
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1细菌纤维素的结构与特性
1.1细菌纤维素的结构特点：BC是由葡萄糖分子以β-1,4糖苷键聚合而成的一种具有多孔性结构及一定纳米级孔径分布的高分子材料[2]。早在1940 年，人们就用电镜观察到BC由独特的束状纤维组成，这种束状纤维的宽度大约为100 nm，厚度为3～8 nm，每一束由许多微纤维组成，而微纤维又与其晶状结构相关。术醋杆菌（A.xylinum）是合成BC最强的细菌之一[3]，BC的生物合成可分为聚合、分泌、组装、结晶四大过程，这四大过程是高度耦合的，并和细胞膜上的特定位点密切相关。
1.2 细菌纤维素有许多独特的性质：①强的持水性和透气性：BC是一种水不溶性的惰性支持物，有很多“孔道”,有良好的透气、透水性能。依据合成条件的不同，它能吸收60～700倍于其干重的水份[2]，未经干燥的BC的强持水性能(waterretentionvalues，wRv)值高达1000%以上，冷冻干燥后的持水能力仍超过600%。经100℃干燥后的BC在水中的再溶胀能力与棉短绒相当，即有非凡的持水性,并具有高湿强度[4]；②高化学纯度和高结晶度：BC是一种“纯纤维素”，以100%纤维素的形式存在,不含半纤维素、木质素、果胶和其他细胞壁成分,结构单一，提纯过程简单；③较高的生物适应性和生物可降解性：Helenius等[5]开展了BC植入小鼠皮下组织的生物适应性研究及Klenm等[6]用BC微管材料取代老鼠颈动脉的研究都表明BC与老鼠身体没有任何排斥反应。在自然环境中,在酸性、微生物以及纤维素酶催化等条件下可最终降解成单糖等小分子物质，不污染环境，是环境的友好产品[7]；④高抗张强度和弹性模量：纤维直径在0.01～0.1μm之间,纤维模数为一般纤维的数倍至十倍以上，BC经洗涤、干燥后,杨氏模量可达10MPa,经热压处理后,杨氏模量可达30MPa,比有机合成纤维的强度高4 倍；⑤BC生物合成时具有可调控性：通过采用不同的培养方法、培养条件，可以得到各种不同性质BC[8]，在BC合成过程中及合成后都能对其结构进行修饰，如木醋杆菌能利用葡萄糖与乙酰葡萄胺合成N-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[9]；⑥极好的形状维持能力和抗撕力：BC膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氧乙烯膜要强5倍；⑦抗菌性和防腐性：研究表明质量分数为3%e-PL溶液处理后的BC膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有足够的抑菌效果；⑧可利用广泛的基质进行生产。
2细菌纤维素的研究与应用
2.1 细菌纤维素的形成机制等基础研究：1886年，Brown[10]最先发现并报道BC。他观察到在醋酸发酵过程中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 BC的形成机制做了研究，相关学者发表了一系列有关 BC的基础研究论文。Hestrin等[11]在1947年第一次详细阐明A. xylinum 合成纤维素的机制。Schramm等[12]在1954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[13],同一个课题组的ElhananOGromet等[14]于1962年研究了纤维素合成过程中的中间产物。后期研究主要集中在A.xylinum 合成纤维素的生物模型机制。1977 年,Colvin等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。1992～1993 年, Okiyama 等[15-16]报道了实验室大规模培养及通过改进发酵罐的设计生产BC的文章。Fontana等将咖啡因和黄嘌呤添加到醋酸菌的培养基中，发现它们对纤维素的产量有促进作用。
2.2 细菌纤维素在非医学领域的应用
2.2.1造纸工业：BC具有结晶度高、分子取向好、机械强度高的特点，添加到制浆中，纤维素大分子上的羟基产生氢键结合，纸张可以达到很好的湿强度、干强度、耐用性、吸水性等性能，可广泛应用于各种特种纸。因此，Ajinomoto公司与日本三菱公司合作开发用于流通货币制造的特殊纸，生产出了质量好，抗水性能好，强度高、抗膨胀性能的特殊纸品。加有菌纤维的高级书写纸吸墨均匀性、附着性好。菌胶纤维机械匀浆后与各种相互不亲和的有机、无机纤维材料混合后制造不同形状用途的膜片和无纺织物布和纸张产品十分牢固。将其作为造纸原料，能免去一般植物纤维脱木质素的制浆过程，提高纸张强度和耐用性。从而解决了废纸回收再利用后纸纤维强度下降的问题，并可以利用其生物可降解性而有利于三废处理和环保。
2.2.2食品行业：由于BC具有非常好的持水性、粘稠性和稳定性，因此，在食品工业中可作为增稠剂、胶体填充剂等；同时也可以食品原料，用于饮料、功能食品的制造。利用Az纤维素的凝胶和高持水特性及其产物醋酸、醇酯和乳酸等混合物的特殊风味作为人造肉、人造鱼、香肠、火腿肠中食品成型剂、增稠剂、分散剂、抗溶化剂、改善口感作为肠衣和某些食品的骨架，成为一种新型重要食品基料，有的发展成为保健食品。
2.2.3 声学器材及建材方面：利用细菌性纤维素的高杨氏模量和很强的形状维持性，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，携手开发了用醋菌纤维素制造的超级音响、麦克风和耳机的振动膜，几乎没一种材料达到像醋酸纤维素膜那样既高传递速度又高内耗的双优性能。这大大改善了音质利用高弹性高强度性质产生的建材及塑料，其安全性更高。
2.2.4 重金属吸附材料：功能性BC作为一种重金属吸附材料虽已有报道，但其吸附性能相对不高。所以，为了提高BC膜材料的吸附性和选择渗透性，利用生物、化学方法对BC进行改性以获得更高吸附性能的BC复合材料也在研究中。Tokura等[17]在利用Acetobacter xylinum制备BC的培养基中加入羧甲基纤维素(Carboxymethyl Cellulose，CMC)或羧甲基甲壳素，制得了具有一定取代度的羧甲基BC(CM．BC)，它具有较好的离子交换能力，与BC相比，CM-BC对铅和铀离子有特殊的吸附能力。
2.2.5 纺织行业：由于纤维素的高度吸水性、持水性，故在纺织工业上有广泛应用，如毛巾等日常用品。服装方面，在面料中加入这种物质后，其方便性增强，舒适感增加，还可以作为精密仪器的防潮材料。
3细菌纤维素在医学领域的应用
3.1 在组织工程中的应用：2005年，Schumann[18]将BC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。同年，Svensson等[19]发现以BC作为软骨组织工程支架效果良好，利用牛软骨细胞来评价自然的BC材料,结果表明，未经修饰的自然BC材料在保持良好的机械性能的前提下，Ⅱ型胶原基质可达到正常软骨表达的50%左右，并且支持软骨细胞的增殖。接下来,未修饰的BC被进一步用于人软骨细胞研究,发现其支持人软骨的增殖,同时透射电镜（TEM）也进一步证实软骨细胞向BC支架内生长的事实。Bodin等[20]用硅树脂作为模具，制备出半月板形状的BC材料，综合BC材料的优异力学性能。良好的塑形性能，并且维持软骨分化、支持软骨细胞的迁移增殖。Hong[21]、Wang[22]和Hutchens等[23]的研究发现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。2009年，郑敬彤等[24]研究大鼠脂肪干细胞与BC膜的复合培养结果表明生长于BC膜上的脂肪干细胞不仅能够增殖，随着培养时间的延长，细胞数量不断增加。免疫荧光染色结果显示，脂肪干细胞在BC材料上仍能很好表达脂肪干细胞标记蛋白，保持脂肪干细胞原有的生物活性。预期将来BC在组织工程领域会有较大的应用空间。在软骨或骨组织工程研究中，BC以其独特的性能、在湿态时优异的力学性能、原位可塑性开始受到关注。
3.2 细菌纤维素在人工血管和显微外科的应用：1991年， Yamanaka等首次研究BC用于人工血管。2001年和2003年Klem 等[25] 就报道了一种利用Acet0bacter xylinum原位成形制备的BC应用于显微外科手术的人工血管。2004 年，Klemm等[26]进一步证实BASYC具有生物活性和相容性，BC完全符合显微外科中人工血管的物理和生物要求。2006年，Henrik等研究了BC作为潜在的组织工程血管支架的机械性能，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。PaulA Charpentier等[27]把医用聚酯纤维经过等离子体亲水改性后，在表面涂层BC制成基于BC的血管修复装置，克服了用聚酯和其他涂层剂制作血管修复装置存在的问题。Bodin等[28]研究了Acetobacter xylinum 原位静态培养时不同浓度的氧含量对BC管机械性能的影响说明了BC材料可以提供内皮细胞良好的黏附增殖。Ananda等[29]用特殊发酵方法制备了管状BC，这种管状BC机械性能好，可应用于人工血管的制备。
3.3 在人工皮肤和创伤敷料的应用：巴西自1987年以来有近10个皮肤伤病医疗单位已报道400多例应用醋菌纤维素膜治疗烧伤、烫伤、皮肤移植、创伤等治疗取得成功[30-31]，已发展成人工皮肤、纱布、绷带和“创可贴”等伤科敷料商品。马霞[32-34]报道了以BC作为创伤辅料的研究，也发现BC膜表面孔径具备作为人工皮肤支架的物理条件，适于成纤维细胞和毛细血管的长入。Phisalaphong等在发酵培养基中添加低分子质量的壳聚糖以培养微生物，并制备出了壳聚糖/BC复合材料，该材料在处理烧伤、褥疮、难以愈合的伤口以及需要频繁更换敷料的伤口等具有很好的应用价值。Maneerung等制得的掺杂有纳米银粒子的BC复合材料对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抗菌效果，用其制成的创伤敷料能大大减少伤口感染风险。为了应用于皮肤创伤，在1990年，Fontona等[35]首次报道了厚度可变的BC膜在作为手术缝合线、去疤痕等方面的应用。Slezak等[36]将BC膜产Bioprocess作为伤口敷料，结果表明BC膜具有低选择性、对水和其它溶液易透过性（葡萄糖水溶液、蔗糖、乙醇、Nacl、Kcl等）的特点。他们认为这些材料可用于烫伤和溃疡的治疗。Czja等[37]研究了BC在治疗二级和三级烧伤方面的应用前景,他们对20 例患者做了一项医学研究: 将BC创伤敷料直接覆盖在新鲜烧伤达9%～18%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, BC是一种很好的促进烧伤愈合的材料。
4设想与展望
细菌纤维素作为一种极具应用潜力的生物学材料，虽然人们发现的较早，但对其功能特性的研究仅10年左右，因此，我们应从分子生物学的角度对其加以深入研究，进一步明确其生成和作用机理，拓展其新的应用领域。BC最重要特性之一是纯度极高，这也是BC与植物纤维素的主要区别。通常除去植物纤维素的半纤维素和木质素很困难。由于BC这种独特的性质，使其具有超微纤维网结构。目前，BC应用的主要技术障碍：①发酵水平较低,产量低、成本高、价格不抵普通植物纤维素；②进一步研究和利用BC的成模和成型的工艺技术还没有解决；③做为生物医用材料,其与生物体长期作用效果、体内的降解性，与宿主组织和细胞相容性,以及在体内时BC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。
要解决上述问题,今后的研究方向主要有两个:①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,降低其成本；②要研制开发具有自主知识产权的BC生物医用材料。因此，我们应采用基因工程和高密度培养等手段来提高BC的合成效率，同时应加强BC合成的动力学研究，设计合理的生物反应器，早日实现BC在我国的商品化。
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