Modifikace bakteriální celulózy: nepřeberné možnosti v biomedicíně

Modification of Bacterial Cellulose: Inexhaustible Possibilities in Biomedicine

abstract

Czech

Bakteriální celulózu (BC) můžeme bez obav zařadit do skupiny biopolymerů s velkým aplikačním potenciálem. BC je přírodní polysacharid mikrobiálního původu. Na rozdíl od rostlinné celulózy je BC syntetizovaná beze zbytků jiných molekul, jako je lignin a hemicelulóza. BC je strukturně tvořena hustou a organizovanou trojrozměrnou sítí fibril, které tvoří porézní vrstvy. Vlákna BC jsou přibližně stokrát menší než vlákna rostlinné celulózy a mezi její hlavní přednosti patří schopnost absorbovat vysoké množství vody, je netoxická, nealergenní a biologicky odbouratelná. Díky svým specifickým vlastnostem, má BC velký potenciál v mnoha aplikacích, z toho nejdiskutovanější je její aplikační potenciál v oblasti biomedicíny. Největší pozornost si ve výzkumu BC vydobyla v oblastech jako jsou nové obvazové materiály a kryty ran, cévní štěpy, tkáňové inženýrství nebo umělé cévy. Čistá a nemodifikovaná BC má jedinečné vlastnosti, které jsme schopni pomocí modifikací regulovat různými metodami pro konkrétní aplikaci. Jsme tedy schopni ovlivnit například chemickou strukturu, pórovitost, krystalinitu nebo hustotu vláken. V tomto výzkumu jsme se zabývali srovnáním čisté nemodifikované a modifikované BC. Modifikace byla v tomto případě provedena pomocí síťovacího činidla. Oba kompozity byly charakterizovány pomocí skenovacího elektronového mikroskopu, byl stanoven obsah vody ve struktuře, profil bobtnání a viskoelastické vlastnosti. V neposlední řadě byly provedeny experimenty za účelem stanovení absorpční kapacity připravených kompozitů. Bylo prokázáno, že BC má schopnost absorbovat testovanou methyloranž i methylenovou modř nebo jiná aniontová/kationtová barviva. Hodnota adsorpční kapacity úzce souvisí se strukturou membrány BC a konkrétní absorbovanou látkou. Pro využití v biomedicíně byly na základě testů adsorpční kapacity také připraveny kompozity určené k cílené distribuci léčiv. Ty byly připraveny s obsahem antibiotika jako modelovou aktivní látkou. Bylo stanoveno množství antibiotika inkorporovaného do kompozitu. Závěrem lze říct, že adsorpční kapacita BC jak závisí na porozitě a funkčních skupinách přítomných na jejím povrchu, tak na vybrané aktivní látce. Správně zvolenou úpravou dokážeme připravit kompozit, který bude splňovat zadané požadavky konkrétních aplikací.

Bacterial cellulose (BC) can confidently be classified into the group of biopolymers with significant application potential. BC is a natural polysaccharide of microbial origin. Unlike plant cellulose, BC is synthesized without the residues of other molecules, such as lignin and hemicellulose. Structurally, BC consists of a dense and organized three-dimensional network of fibrils, forming porous layers. BC fibers are approximately a hundred times smaller than plant cellulose fibers, and among its main advantages are the ability to absorb high amounts of water, its non-toxic, non-allergenic, and biodegradable nature. Due to its specific properties, BC has great potential in various applications, with its most discussed potential being in the field of biomedicine. In research, BC has gained significant attention in areas such as new wound dressings and coverings, vascular grafts, tissue engineering, and artificial veins. Pure and unmodified BC possesses unique properties that can be tailored for specific applications through various modification methods. It allows the regulation of chemical structure, porosity, crystallinity, or fiber density. In this study, we focused on comparing pure unmodified BC with modified BC. The modification, in this case, was carried out using a crosslinking agent. Both composites were characterized using scanning electron microscopy, water content in the structure, swelling profile, and viscoelastic properties. Finally, experiments were conducted to determine the absorption capacity of the prepared composites. It was demonstrated that BC has the ability to absorb tested dyes such as methyl orange and methylene blue, or other anionic/cationic dyes. The adsorption capacity value is closely related to the structure of the BC membrane and the specific absorbed substance. For biomedical applications, composites designed for targeted drug distribution were prepared based on the adsorption capacity tests. These composites were formulated with antibiotic content as a model active substance, and the amount of incorporated antibiotic into the composite was determined. In conclusion, the adsorption capacity of BC depends on both the porosity and functional groups present on its surface, as well as the selected active substance. Through appropriately chosen modifications, we can prepare a composite that meets the specified requirements for specific applications.

bakteriální celulóza; biomedicínské aplikace; síťovací činidlo; adsorpční kapacita

Bacterial cellulose; Biomedical applications; Crosslinking agent; Adsorption capacity

SOBKOVÁ, M.; STŘÍŽ, R.; KOVALCIK, A.

22. 11. 2023

Slovenská chemická knižnica

Bratislava

978-80-8208-106-3

Chémia a technológie pre život

1.

289

290

375

https://www.uiam.sk/~oravec/svk/e_zbornik_svk_2023.pdf