细菌纤维素微纳尺度的组装调控研究及其在生物组织工程领域的应用

The functions and usage values of bacterial cellulose (BC) in diverse applicationsare closely associated with its structural characteristics at the micro-nanoscale. As the primary objective in this project, BC fibers with biomedical applications is proposed to be harvested from Acetobacter xylinum by synergistic operations of both intracellularly and extracellularly regulation. Cellulose synthase with special function and structure is one of the major biomolecules that we should focus on, due to its significant role in polymerization and aggregation of glucan molecules. A dynamic theoretical model on precise cellulose self-assembly will be established after series of processing steps of analysis. In this project, we will develop a variety of functional composite materials with application in field of biodegradable scaffold of regenerative medicine, developing the structure-function relationship of the materials. This project aims at not only achieving controllable synthesis of BC nanofibers, but also interpreting the inherent relationship between the functions of biomolecules in life science and the structures/properties of metabolic products.

细菌纤维素(BC)在微纳尺度的结构特征与其在各领域的使用价值密切相关。本项目以木醋杆菌(Acetobacter xylinum)的次级代谢产物BC为主要研究对象，通过对胞内胞外活动的调控获得结构优化的BC基体材料，进而制备新型支架材料应用于生物组织工程领域。通过对纤维素合酶结构功能的研究揭示其对葡聚糖链聚合与聚集过程的作用；分析纤维素自组装过程中各种影响因素，构建其动力学理论计算模型并以此为指导实现对纤维素胞外自组装阶段精细调控的目的。以胞内胞外协同调控改造后的BC为基础制备组织工程材料，考察具有不同尺寸、结构、表面修饰的复合材料在组织功能性修复领域的应用，并在此基础上探究材料结构与其性能之间的构效关系。本项目将实现纳米纤维材料的可控制备，有助于阐明生命过程中生物分子功能与代谢产物结构性质之间的内在联系。

细菌纤维素(BC)在微纳尺度的结构特征与其在各领域的使用价值密切相关。本项目研究主要探究了木醋杆菌(Acetobacter xylinum)的次级代谢产物BC为主要研究对象，通过对胞内胞外活动的调控获得结构优化的BC基体材料，通过原位改性、化学修饰和物理复合等多种手段制备了多种新型支架材料，并应用于生物组织工程领域。通过对纤维素合酶结构功能的研究揭示了其对葡聚糖链聚合与聚集过程的作用；得到了衍生化葡萄糖、羟基磷灰石、钙离子等多种成分对纤维素自组装过程中的影响，构建了其动力学理论计算模型，以理论计算和实验结果为指导实现了对纤维素胞外自组装阶段精细调控，实现了细菌纤维素在结构和性能上的全面调控。此外，我们还以骨损伤修复、小口径血管修复为例，考察了具有不同尺寸、结构、表面修饰的复合材料在组织功能性修复领域的应用，并在此基础上探究材料结构与其性能之间的构效关系。该研究对于深化和拓展BC在生物医学领域的应用前景具有十分重要的作用。该项目研究过程中，我们依托该项目共计发表SCI论文36篇。申报专利6项，其中获授权专利3项。超额完成了发表8-10篇以上学术论文、申请国家发明专利3-5项的研究计划。在该项目的支持下共计培养博士后3人，其中1人出站；培养博士生5人，其中3人已获得博士学位；培养硕士生4人，其中2人已获得硕士学位。研究生中多人获得国家级奖学金的奖励和江苏省研究生科研创新计划的资助。青年教师中2人依托该项目所开展的工作获得了国家自然科学基金青年基金的资助。圆满完成了基金的各项任务。