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摘 要

微生物在自然界中为了保护自己逐渐进化出许多特有的生长方式，而细菌生物膜就是其中一种。并不是任何细菌都能在任意条件下都能形成生物膜，其中最重要的就是要有合适的附着材料。具有极高比表面积和细小直径的纳米纤维，拥有一定的吸附能力。静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最普遍的方法。其制备过程简便有效，所制得的纳米纤维膜具有许多优良的性能。在纳米纤维原材料的选取上，壳聚糖有着明显的优势，其带正电荷、具有良好生物相容性等性质，能与纳米级材料的特性合二为一，这些性质决定了其在很多领域有着不可估量的作用和潜力。笔者通过实验制备出壳聚糖/聚氧乙烯的混纺纳米纤维薄膜，并对其制备条件进行了优化。

 关键词：生物膜 静电纺丝 纳米纤维 壳聚糖 细菌固定化

Preparation of chitosan nanofiber composite membrane and Study on immobilization of bacteria

Abstract

In order to protect themselves, microorganisms have evolved many unique growth patterns in nature, and bacterial biofilm is one of them. Not all bacteria can form biofilm under any conditions, the most important of which is to have suitable attachment materials. Electrospinning is the most common method to prepare nanofibers. The preparation process is simple and effective, and the nanofiber membrane has many excellent properties. In the selection of nanofiber raw materials, chitosan has obvious advantages, it has positive charge, good biocompatibility and other properties, and can be combined with the characteristics of nano materials, which determines its inestimable role and potential in many fields. In this paper, chitosan / polyoxyethylene blend nanofiber films were prepared by experiments, and the preparation conditions were optimized.

Key Words: biofilm; electrospinning; nanofiber; chitosan; bacterial; immobilization

目 录

摘要 3

Abstract 3

第一章 绪论 6

1.1前言 6

1.2纳米纤维材料和壳聚糖的介绍 6

1.3静电纺丝技术的基本原理 7

1.4静电纺丝制备不同壳聚糖纳米纤维的方法 8

1.4.1静电纺丝制备纯壳聚糖纳米纤维 8

1.4.2壳聚糖和聚合物的混合物静电纺 9

1.4.3壳聚糖和其他物质的混合物静电纺丝纳米纤维 10

1.5细胞固定化技术的介绍 11

1.5.1细胞的固定化方法[13] 11

1.5.2细胞固定化的载体材料[14-16] 12

1.6生物膜的介绍 12

1.7课题方案的提出 13

第二章 实验部分 14

2.1主要化学原料 14

2.2主要仪器设备 14

2.3静电纺丝制备纳米纤维膜 15

2.3.1壳聚糖溶液的配制 15

2.3.2静电纺丝设备的准备工作 15

2.3.3纺丝设备的开启与注意事项 16

2.4探究对壳聚糖纳米纤维制备产生影响的因素 17

2.4.1探究溶液质量分数对壳聚糖纳米纤维的影响 17

2.4.2探究电压对壳聚糖纳米纤维的影响 17

2.4.3探究溶液粘度对壳聚糖纳米纤维的影响 18

2.5光学显微镜观察和扫描电镜表征 18

第三章：实验结果与讨论 19

3.1壳聚糖溶液的配制 19

3.2溶液质量分数对壳聚糖纳米纤维的影响 19

3.3 电压对壳聚糖纳米纤维的影响 20

3.4溶液粘度对纳米纤维的影响 21

3.5主要结论 22

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1前言

提到发酵技术，小到我们经常喝的饮品酸奶，大到全国上下医院中用的许多抗生素，发酵技术在我们的生活中变得必不可缺。发酵在工业上的发展，从上世纪中到现在发展极为迅速，发酵工业相关菌种、所需的酶以及发酵产物所能推动的相关产业的产值达到了上亿。为了大规模的生产或者节约成本，无论是在实验研究中还是实际投入生产，研究工作者都在一直努力优化相关的生产方式以及生产技术，而微生物的细胞固定化就是一项进来热度很高的技术。

细胞固定化，其原理是利用特殊手段，将细胞约束在合适的位置，但可以重复其催化活性和使用次数。相比于固定化酶和游离态的细胞，固定化细胞有着许多显著的优势：能使得细胞内的各个酶处于一个稳定的状态、保持细胞原有的环境、可提供较高的细胞密度、细胞能够多次反复使用等[1]。

在自然界中，存在一种微生物自我进化出的独特生长方式—生物粘附，微生物粘附行为往往体现在生物膜的形成上[2]。生物膜是生物在长期的自然进化过程中获得的特殊功能和生存能力，其结构有序且功能分化完整的微生物生物膜结构，可以让微生物在不利于其生存的自然环境或人为伤害中得到保护。

从电荷的角度出发，自然界的微生物细胞，基本都是带负电荷，而很多膜材料都是不带电或者大多带负电荷，所以细胞难以通过静电作用留在留在膜材料内。壳聚糖在溶解于微电离出氢离子的溶液环境下，其氨基得到氢离子变为氨正离子，使得整个溶液带有阳性电荷。可溶性甲壳素的本体是几丁质，几丁质在地球的蕴藏量极为丰富，所以可溶性甲壳素的来源也很广泛[3]。另外，纳米材料的不同性能，提高了工作效率[4]。结合了纳米纤维材料的优势和壳聚糖本身所具有的优良特性，以及微生物所形成特有的生物膜，为壳聚糖所制备出的纳米纤维膜为细胞的固定化研究提供了可行性。

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