本發(fā)明屬于納米生物醫(yī)用材料，更具體的說是涉及一種均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維及其制備方法與應用。

背景技術：

1、納米纖維具有高比表面積和比體積比，結構與細胞外基質相似，具有優(yōu)異的力學性能和獨特的生物功能，被廣泛研究并應用于生物醫(yī)療領域。在納米纖維內或表面負載藥物(蛋白質、肽、抗體和小分子藥物)實現(xiàn)可控藥物遞送具有廣闊的應用發(fā)展前景(zhou?etal.chem?eng?j,2024:152105)。

2、細菌纖維素(bacterial?cellulose，bc)是一種高純纖維素納米纖維，具有優(yōu)異的親水性以及生物相容性，相較于靜電紡絲納米纖維具有來源廣泛、成本低廉、制備簡單等優(yōu)勢(zhou?et?al.bioact.mater.,2022,13:212-222)。然而，原始細菌纖維素納米纖維網絡結構過于致密，孔徑僅為0.02～10μm，導致不能充分利用納米纖維巨大比表面積實現(xiàn)高效載藥。此外，細菌纖維素納米纖維表面化學為惰性，負載藥物多為物理吸附和黏附(badshahet?al.int.j.bio.macromol.,2018,113:526-533)。上述問題嚴重限制載藥細菌纖維素納米纖維其廣泛應用。

3、先前已使用高速剪切技術將塊體細菌纖維素材料破碎成納米纖維束，以提高其載藥效率(li?et?al.bioact.mater.,2025,47:136-151)。然而，現(xiàn)有技術不穩(wěn)定，無法可控制備均勻高度分散納米纖維，導致使用受限。因此，如何將細菌纖維素納米纖維制成高度分散短納米纖維，并同時改善其表面化學活性，以提升細菌纖維素納米纖維負載藥物特性拓展其在生物醫(yī)學領域廣泛應用，是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維及其制備方法與應用，更具體的是提供一種表面具有豐富活性化學基團及均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維，可負載藥物和生物活性分子用于生物醫(yī)療領域，以解決上述現(xiàn)有技術存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、本發(fā)明技術方案之一：提供一種均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維的制備方法，步驟包括：

4、將細菌纖維素納米纖維水凝膠經堿液純化處理，梯度冷凍干燥，得到細菌纖維素氣凝膠；

5、將所述細菌纖維素氣凝膠加入tempo氧化體系中進行裂解預處理，得到裂解細菌纖維素；

6、將所述裂解細菌纖維素分散于溶劑中，采用超聲輔助-高速均質進行剪切處理后，經冷凍干燥即得均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維。

7、本發(fā)明將高純細菌纖維素納米纖維制成均勻分散的短切納米纖維，打破了原始細菌纖維素結構過于致密等固有限制；通過改進堿液純化法以及裂解預處理等操作不僅有助于細菌纖維素納米纖維裂解，還能改善納米纖維表面化學活性，拓展了細菌纖維素在生物醫(yī)療領域中的廣泛應用。

8、進一步的，所述細菌纖維素納米纖維水凝膠與堿液的用量比為1～5g：50～250ml。

9、進一步的，所述堿液純化處理包括：將細菌纖維素納米纖維水凝膠置于氫氧化鈉溶液中水煮。

10、可選的，所述氫氧化鈉溶液濃度為1～1.5mol/l。

11、可選的，所述水煮的溫度為60～100℃，時間為0.5～1h。

12、高濃度堿液處理不僅可以縮短細菌纖維純化時間，還可以軟化納米纖維，為后續(xù)預處理以及剪切處理奠定基礎。

13、進一步的，所述梯度冷凍干燥為經三段溫度的預凍后，于-40℃條件冷凍干燥48h。

14、可選的，所述三段溫度的預凍為依次在4℃、-20℃、-80℃條件下分別預凍4～12h。

15、梯度預凍可以保證細菌纖維素納米纖維水凝膠充分降溫，可以有效避免凍干過程納米纖維結構坍塌。

16、進一步的，所述細菌纖維素氣凝膠與tempo氧化體系的用量比為0.1～0.5g：10～50ml。

17、進一步的，所述tempo氧化體系包括2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(tempo)、次氯酸鈉(naclo)和溴化鈉(nabr)。

18、可選的，所述2,2,6,6-四甲基哌啶氧自由基(tempo)在tempo氧化體系中的濃度為0.01～0.1mol/l；所述次氯酸鈉(naclo)在tempo氧化體系中的濃度為0.1～1mol/l；所述溴化鈉(nabr)在tempo氧化體系中的濃度為1.5～2.5mol/l。

19、進一步的，所述裂解預處理為在50～300rpm條件下?lián)u床處理3～24h。

20、通過裂解預處理不僅可以裂解細菌纖維素納米纖維非晶區(qū)，而且還可以將其表面羥基氧化成醛基，賦予細菌纖維素納米纖維表面化學活性。

21、進一步的，所述裂解細菌纖維素和溶劑的用量比為0.01～0.1g：10～100ml。

22、進一步的，所述溶劑包括水和/或丁醇。

23、可選的，當所述溶劑為水和丁醇時，水和丁醇的體積比為0～1:0～1，且不為0，優(yōu)選為4:1、1:1或3:7。

24、可選的，所述丁醇為叔丁醇、正丁醇、仲丁醇和異丁醇中的至少一種。

25、進一步的，所述超聲輔助-均質為將均質設備置于超聲氛圍中。

26、可選的，所述超聲的功率為500～1000w。

27、可選的，所述高速均質的轉速為10000～15000rpm。

28、進一步的，所述剪切處理的時間為20～40min。

29、進一步的，所述冷凍干燥的溫度為-80～-40℃，時間為24～72h。

30、本發(fā)明采用超聲輔助-高速均質的方法顯著提高了細菌纖維素短切納米纖維的均勻度和分散度。

31、本發(fā)明技術方案之二：提供一種均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維，所述均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維采用上述制備方法制得。

32、進一步的，所述均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維的直徑為30～90nm，長度為5～10μm，表面具有豐富的醛基。

33、本發(fā)明制備的均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維長度適中，可作為增強相提升高分子材料力學性能；表面豐富的活性基團可用于負載藥物和生物活性分子，在生物醫(yī)學領域展現(xiàn)出巨大的應用前景。

34、本發(fā)明技術方案之三：提供一種上述均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維作為載體在藥物制備中的應用。

35、可選的，所述藥物制備為用于骨和軟骨組織再生、皮膚修復或人工血管構建藥物的制備。

36、本發(fā)明技術方案之四：提供一種提升藥物釋放性能的方法，步驟包括：以上述均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維作為載體，經接枝和/或吸附反應負載藥物活性成分。

37、可選的，所述藥物活性成分包括用于骨和軟骨組織再生、皮膚修復或人工血管構建的藥物。

38、本發(fā)明公開了以下技術效果：

39、本發(fā)明中采用超聲輔助-高速均質的處理方法使得細菌纖維素塊體材料被高效分散成單根纖維，解決了現(xiàn)有技術僅能將其分散成納米纖維碎片的弊端。

40、本發(fā)明制備的短切細菌纖維素納米纖維相較于其他靜電紡絲納米纖維，具有來源廣泛、操作簡單、成本低廉等優(yōu)勢，不僅具有大的比表面積和表面化學活性，還具有優(yōu)異的力學性能，可實現(xiàn)高效負載生物活性分子且增強高分子材料和水凝膠材料力學性能，在生物醫(yī)藥領域具有廣闊的應用前景。

41、本發(fā)明中提供的均勻分散的短切細菌纖維素納米纖維直徑為30～90nm，長度為5～10μm，具有良好比表面積和比體積比。本發(fā)明使用tempo氧化體系對細菌纖維素進行預處理，不僅無毒無害，還能夠改善納米纖維表面化學活性，賦予短切細菌纖維素納米纖維優(yōu)異的表面化學活性。通過上述方法賦予了細菌纖維素納米纖維在藥物遞送方面巨大的優(yōu)勢，為其應用于生物醫(yī)學領域奠定了基礎。