박테리아 셀룰로오스

Bacterial cellulose

박테리아 셀룰로오스는 특정 유형의 박테리아에 의해 생성되는 공식(CHO
6
10
5)
n을 가진 유기 화합물이다.셀룰로오스는 대부분의 식물의 기본 구조 물질이지만, 주로 아세트토박터, 세르비나 벤트리쿨리, 아그로박테리움에서 나오는 박테리아에 의해서도 생산된다.박테리아, 즉 미생물인 셀룰로오스는 식물 셀룰로오스와는 다른 성질을 가지고 있으며, 고순도, 강도, 곰팡이성, 수분 보유 능력 등이 증대된 것이 특징이다.[1]자연 서식지에서는 대부분의 박테리아가 세포주위에 보호봉투를 형성하는 셀룰로오스 같은 세포외 다당체를 합성한다.박테리아 셀룰로오스가 자연에서 생산되는 반면, 현재 대규모 공정으로 실험실 내 문화로부터 셀룰로오스 성장을 강화하기 위한 많은 방법들이 연구되고 있다.합성 방법을 제어함으로써, 결과적인 미생물 셀룰로오스는 특정한 바람직한 성질을 가지도록 맞춤화할 수 있다.예를 들어, 셀룰로오스 특유의 기계적 특성과 생명공학, 미생물학, 재료과학에 적용되기 때문에 아세토박터균에 관심이 쏠렸다.역사적으로 박테리아 셀룰로오스는 동남아시아의 식품인 나타데코코 제조에 한정되어 있다.[2]박테리아 셀룰로오스 합성 및 특성화 능력이 발달하면서 이 물질은 섬유, 화장품, 식품 등 다양한 상업적 용도와 의료용 용도에 사용되고 있다.많은 특허들이 미생물 셀룰로오스 어플리케이션에서 발행되었고 몇몇 활발한 연구 분야는 미생물 셀룰로오스 특성을 개선하고 새로운 분야에 활용하기 위해 노력하고 있다.[1]

배양균에서 제거되는 젖은 미생물 셀룰로오스 펠리클.

역사

물질로서 셀룰로오스는 1838년 안셀메 파옌에 의해 처음 발견되었다.Payen은 다른 식물 물질로부터 셀룰로오스를 분리하고 화학적으로 특징지을 수 있었다.그것의 첫 번째 그리고 가장 일반적인 산업용 어플리케이션 중 하나에서, 나무 펄프로부터 셀룰로오스는 종이를 제조하는데 사용되었다.높은 반사율, 고대비, 저비용, 유연성이 있어 인쇄형태로 정보를 표시하기에 이상적이다.박테리아에 의해 생성된 셀룰로오스의 발견, 특히 아세토박터균에서 나온 셀룰로오스는 1886년 세포외 젤라틴성 매트의 합성으로 A.J. Brown에게 인가되었다.[3]그러나 박테리아 셀룰로오스에 대한 보다 강도 높은 연구가 20세기에 이르러서야 이루어졌다.C.A. 브라운은 미생물 셀룰로오스가 처음 발견된 지 수십 년이 지난 후 루이지애나 사탕수수 주스를 발효시켜 얻은 셀룰로오스 물질을 연구했고 그 결과를 A.J. 브라운이 확인했다.[4]다른 연구원들은 아세토박터 파스퇴리니아누스, 아세토박터란켄스, 세르비나 벤트리쿨리, 박테리아 크리노이드와 같은 다른 다양한 유기체들에 의한 셀룰로오스 형성을 보고했다.1931년 타르와 히브르트는 배양 배지에서 A. xylinum을 배양하는 실험을 연속적으로 실시하여 박테리아 셀룰로오스 형성에 대한 최초의 상세한 연구를 발표하였다.[5]

1900년대 중반 헤스트린 등은 박테리아 셀룰로오스 합성에 포도당과 산소의 필요성을 입증했다.곧이어 콜빈은 A. xylinum, 포도당, ATP의 세포 없는 추출물이 함유된 시료에서 셀룰로오스 합성을 검출했다.[6]1949년에 박테리아 셀룰로오스의 미세섬유 구조는 Muhlethaler로 특징지어졌다.[7]추가적인 박테리아 셀룰로오스 연구는 그 물질에 대한 새로운 사용과 응용으로 이어졌다.

생합성

셀룰로오스의 화학구조

세균원

셀룰로오스를 생산하는 박테리아는 아세트토박터, 아조토박터, 리조비움, 녹농균, 살모넬라, 알칼리굴리 등 그람 양성균종이다.[8]셀룰로오스의 가장 효과적인 생산자는 A. xylinum, A. hanseni, A. pasteurianus이다.이 중 A. xylinum은 광범위한 탄소 및 질소 공급원에서 비교적 높은 수준의 폴리머를 생산할 수 있기 때문에 셀룰로오스에 대한 기초 및 응용 연구의 모델이다.[9]

일반공정

셀룰로오스 합성을 위한 생화학적 경로

박테리아 셀룰로오스 합성은 두 가지 주요 메커니즘인 우리딘 디프인스포글루코스(UDPGIc)의 합성에 이어 셀룰로오스 신타아제에 의한 길고 갈리지 않은 체인(β-1→4 글루칸 체인)으로 포도당을 중합하는 과정을 수반한다.셀룰로오스 합성에 대한 구체적인 내용은 광범위하게 문서화되었다.[10][11]전자의 메커니즘은 잘 알려져 있지만 후자는 여전히 탐구할 필요가 있다.UDPGIc의 생산은 탄소 화합물(육진, 글리세롤, 다이드록시아세톤, 피루베이트, 디카복시산 등)이 사용 가능한 탄소 선원에 따라 Krebs 사이클, 글루코네제네시스 또는 펜토오스 인산염 사이클에 들어가는 것으로 시작한다.그런 다음 카탈루션과 함께 인산화 과정을 거쳐 중간합성물의 이소머화, 그리고 이 화합물을 셀룰로오스 생산의 전구체인 UDPGIc로 변환하는 UDPGIc로 알려진 과정을 거친다.비록 실험 관내 실험에서 구조적인 효소학 공부와는 중합은 글루코 실기. moiety의 뉴클레오티드 설탕에서 g에 직접적인 효소의 전달에 의해 발생할 수 있게 된다. 포도당의β-1→4 글루칸 사슬로 그 중합 또는 지질 intermediate,[10]을 포함하는 것이 아니라 지질 intermediate[12]이 관련된 것을 가정해 왔다노를 젓는다당류의[13]A. xylinum은 보통 약 50%의 효율로 탄소 화합물을 셀룰로오스로 변환한다.[12]

발효생산

셀룰로오스 생성 박테리아 균주
미생물 조직 탄소원 융통 배양 시간(h) 항복(g/L)
A. 신리눔 BRCS 포도당 에탄올, 산소 50 15.30
G. 한세니 PJK(KCTC 10505 BP) 포도당 산소포화하다 48 1.72
포도당 에탄올 72 2.50
아케토슈박터 스프.V6 포도당 에탄올 192 4.16
아케토슈박터 스프.A9 포도당 에탄올 192 15.20
A. xylinum ssp.수크로이페르멘탄 BPR2001 당밀 없는 72 7.82
과당의 한천 산소 72 14.10
과당의 왁자 56 12.00
과당의 산소포화하다 52 10.40
과당의 한천 산소 44 8.70
A. xylinum E25 포도당 아니요. 168 3.50
G. xylinus K3 만니톨 녹차 168 3.34
G. xylinus IFO 13773 포도당 리그노술포네이트 168 10.10
A. xylinum NUST4.1 포도당 알긴산나트륨 120 6.00
G. xylinus IFO 13773 사탕수수 당밀 아니요. 168 5.76
G. xylinus sp.RKY5 글리세롤 아니요. 144 5.63
글루코나세토박터 sp.St-60-12 및 락토우바실러스 말리 JCM1116 (공동 배양) 자당류 아니요. 72 4.20

셀룰로오스 생산은 성장 매개체, 환경 조건, 부산물의 형성과 같은 몇 가지 요인에 크게 의존한다.발효배지에는 박테리아의 성장에 필요한 탄소, 질소, 기타 매크로 및 마이크로 영양소가 함유되어 있다.박테리아는 풍부한 탄소원과 최소한의 질소원을 공급받을 때 가장 효율적이다.[14]포도당과 자당은 셀룰로오스 생산에 가장 많이 사용되는 탄소원이고, 과당, 말토오스, 실로스, 전분, 글리세롤이 시도되었다.[15]때때로, 에탄올은 셀룰로오스 생산을 증가시키기 위해 사용될 수 있다.[16]포도당 사용의 문제는 글루콘산이 문화의 pH를 감소시키고, 다시 셀룰로오스 생산을 감소시키는 부산물로 형성된다는 것이다.리그노설폰산염의 존재로 글루콘산 생산이 감소할 수 있다는 연구결과가 나왔다.[17]유기산, 특히 아세트산을 첨가한 것도 셀룰로오스 생산량을 높이는 데 도움이 되었다.[18]특정 박테리아 변종에 사탕수수 당밀[20] 성분을 첨가한 것뿐만 아니라 항아리 발효기에[19] 당밀 매개체를 사용하는 연구가 셀룰로오스 생산의 증가를 보여주는 결과로 연구되었다.

여분의 질소를 첨가하면 일반적으로 셀룰로오스 생산이 감소하는 반면 아미노산과[21] 메티오닌 같은 전구 분자를 첨가하면 수율이 향상된다.피리독신, 니코틴산, p-아미노벤조산, 비오틴은 셀룰로오스 생산에 중요한 비타민인데 반해 판토테네이트와 리보플라빈은 반대 효과가 있다.[22]공정이 더 복잡한 원자로에서는 아가르,[23] 아세탄, 알긴산나트륨[24] 등 수용성 다당류를 첨가해 박테리아 셀룰로오스의 뭉치나 응고 현상을 방지한다.

셀룰로오스 생산에 영향을 미치는 다른 주요 환경적 요인은 pH, 온도, 용존산소다.실험 연구에 따르면, 최대 생산을 위한 최적의 온도는 28~30℃ 사이였다.[25]대부분의 종에서 최적 pH는 4.0에서 6.0 사이였다.[15]글루코닉, 아세트산, 젖산의 축적이 최적의 범위보다 훨씬 낮은 pH를 감소시키기 때문에 pH 조절은 정적 문화에서 특히 중요하다.용존산소 함량은 기판이 확산되어 운반되어야 하는 정적 배양에 필요하기 때문에 교반기 속도에 따라 변화될 수 있다.[26]

원자로 기반 생산

정적이고 동요하는 문화는 박테리아 셀룰로오스를 생산하기 위한 전통적인 방법이다.정적문화와 동요문화 모두 문화기간이 길고, 집중적인 인력 및 동요문화는 급격한 성장에 따른 반응과 함께 셀룰로오스 음성의 돌연변이를 생산하기 때문에 대규모 생산이 가능하지 않다.[27]따라서, 원자로는 배양 시간을 줄이고 박테리아 셀룰로오스 생성 균주의 셀룰로오스 음성 돌연변이로의 전환을 억제하도록 설계되었다.사용되는 일반적인 원자로는 회전식 디스크 원자로,[28] 회전식 바이오필름 접촉기(RBC),[27] 스핀필터가 장착된 생체 반응기,[29] 실리콘 막이 있는 원자로 등이다.[30]

구조 및 특성

셀룰로오스의[1] 종류
속 셀룰로오스형 생물학적 역할
아세토박터 세포외 펠리클,
리본을 달다		 에어로빅 유지
환경
아크로모박터 리본 플록콜레이션
에어로박터 피브릴스 플록콜레이션
아그로박테리움 짧은 섬유질 식물에 대한 부착
알칼리게네스 피브릴스 플록콜레이션
녹모나스 비약성 플록콜레이션
로조비움 짧은 섬유질 식물에 대한 부착
사리나 무형의 알 수 없는

식물과 박테리아 셀룰로오스 간의 차이

지구상에서 가장 흔한 유기물로서 셀룰로오스는 식물 셀룰로오스와 박테리아 셀룰로오스로 분류할 수 있는데 둘 다 자연적으로 발생하고 있다.대부분의 식물의 세포벽을 구성하는 식물 셀룰로오스는 셀룰로오스 섬유질이 일차적인 건축 요소인 질기고 메쉬 같은 부피다.박테리아 셀룰로오스는 식물 셀룰로오스와 같은 분자식을 가지고 있는 반면, 고분자 특성과 특성은 현저히 다르다.[6]일반적으로 미생물 셀룰로오스는 화학적으로 더 순수하며, 헤미셀룰로오스나 리닌이 들어 있지 않으며, 수분 보유능력과 친수성이 더 높으며, 중합성이 더 큰데 따른 인장강도, 초미세 네트워크 아키텍처가 더 크다.나아가 세균성 셀룰로오스는 다양한 기판 위에서 생산될 수 있으며, 형성 시 곰팡이 발생성이 높아 사실상 어떤 형태로든 재배할 수 있다.[31]또한 박테리아 셀룰로오스는 식물 셀룰로오스에 비해 결정성이 높고 리본과 같은 독특한 마이크로파이브릴을 형성한다.[1]미생물 셀룰로오스의 특징인 이 얇은 미세 섬유소는 식물 셀룰로오스에 있는 것보다 훨씬 작아서 박테리아 셀룰로오스를 훨씬 더 다공성하게 만든다.[7]

3방향 분기점 메커니즘

매크로 구조

셀룰로오스는 탄소, 산소, 수소로 구성되며 다당류로 분류돼 다당류 특성을 보이는 탄수화물임을 알 수 있다.셀룰로오스는 직선 체인 폴리머로 구성되며, 포도당의 기본 단위는 베타 링크에 의해 함께 고정된다.세포벽에서 셀룰로오스의 구조적 역할은 섬유유리의 유리 가닥이나 철근콘크리트 내부의 지지봉에 비유되어 왔다.[citation needed]셀룰로오스 섬유소는 불용성 및 비탄성성이 매우 높으며, 분자 구성 때문에 강철과 동등한 인장 강도를 가진다.[citation needed]결과적으로, 셀룰로오스는 화학적 복원력과 그것이 살고 있는 조직에 기계적 지지와 유연성의 독특한 조합을 제공한다.[32]아세토박터종이 생산하는 박테리아 셀룰로오스는 높은 기계적 강도, 높은 수분 흡수능력, 높은 결정성, 초미세·고순도 섬유망 구조 등 독특한 성질을 보인다.[33]박테리아 셀룰로오스의 가장 중요한 특징 중 하나는 그것의 화학적 순수성이다.이 외에도 박테리아 셀룰로오스는 화학 물질과 고온에서 안정적이다.[34]박테리아 셀룰로오스는 이물질과 중금속 이온으로부터 세포를 보호하면서도 여전히 확산에 의해 영양분이 쉽게 공급될 수 있도록 하는 '케이지'와 같은 구조를 갖자고 제안되어 왔다.[2][35]박테리아 셀룰로오스는 루이 파스퇴르에 의해 "수분이 많은 피부, 부어오르고 젤라틴이 많고 미끄럽다"고 묘사되었다.젤의 고체 부분은 1% 미만이지만 리닌 등 이물질이 전혀 함유되지 않은 순수 셀룰로오스다.[2]박테리아 셀룰로오스는 고도로 부풀어 오른 젤 형태로 얻어지지만 식감이 상당히 독특하고 일반 젤과는 다르다.셀룰로오스는 습식 펠리클 내에 모공 구조물과 터널이 존재하기 때문에 고도로 부풀어 오른 섬유망을 가지고 있다.식물 셀룰로오스 수분 보유가 60%인 반면 박테리아 셀룰로오스 수분 보유가 1000%[31]에 이른다.셀룰로오스 펠리클의 형성은 초산성 필름의 상부 표면에 발생한다.좋은 생산성을 위해서는 넓은 표면적이 중요하다.셀룰로오스 형성은 중/셀룰로오스 인터페이스가 아닌 공기/셀룰로오스 펠리클 인터페이스에서 발생한다.따라서 산소는 셀룰로오스 생산에 중요한 요소다.[1]유도와 급속한 성장기를 거치면 두께가 꾸준히 증가한다.섬유질은 반드시 선형인 것처럼 보이지는 않지만 길이에 따라 일부 "삼원 분기점"을 포함하고 있다.이러한 유형의 분기점은 이 물질의 고유한 특성과 관련이 있는 것으로 간주되며 세포 유사화에 의해 생성된 분기점에서 발생한다.[36]

합성섬유[37] 및 자연발생섬유의 크기

속성 및 특성화

박테리아 셀룰로오스로부터 제조된 시트 모양의 물질은 놀라운 기계적 특성을 가지고 있다.브라운에 따르면, 박테리아 셀룰로오스의 펠리클은 "특히 성장기에 걸쳐 그것을 찢으려는 시도가 있었다"고 한다.[2]박테리아 셀룰로오스에 대한 영의 계수는 시트 평면 전체에서 15 GPA에 달하는 것으로 보도된 반면, 과거에 고분자 필름이나 시트가 획득한 최고치는 <기껏해야 10GPA이다.시트의 높은 영의 계수는 생물학적 기원의 섬유질이 보존되고 수소 결합에 의해 단단하게 결합되는 독특한 초분자 구조에서 기인한다.이 영의 계수는 온도나 재배 과정에 따라 달라지지 않는다.이 물질에 대한 영의 매우 높은 계수는 초분자 구조에서 기인해야 한다.[35][36]

이 특성은 상호간 및 상호작용이 가능한 수소 결합에 참여하는 잘 정렬된 글루칸 체인에서 발생한다.[32]박테리아 셀룰로오스 서브피브릴은 마이크로피브릴로 결정되어 묶음을 형성하고, 그 다음 '리본스'를 형성한다.이 섬유들은 나무를 퍼덕여 생산한 셀룰로오스 섬유보다 두 배나 더 얇다.[6]오늘날, 펠리클은 섬유질의 무작위 조립체(< 130nm 너비>)로 구성되어 있으며, 훨씬 미세한 마이크로파이브릴(지름 2~4nm) 묶음으로 구성되어 있는 것으로 알려져 있다.펠리클은 비행기 건너편 수축이 제한될 경우 건조할 때 필름이나 시트를 주는 것으로도 알려져 있다.[36]미생물 셀룰로오스의 초미세먼지 리본이 광범위한 수소 결합에 의해 안정화된 촘촘한 레티컬 구조를 형성한다.박테리아 셀룰로오스는 또한 높은 결정성 지수(60% 이상)에 의해 식물과 구별된다.I와 II로 지정된 두 가지 일반적인 셀룰로오스 결정체 형태는 X선, 핵자기공명(NMR), 라만 분광법, 적외선 분석으로 구별할 수 있다.[6]박테리아 셀룰로오스는 결정학적으로 셀룰로오스 1에 속하는데, 이는 두 셀룰로오스 단위가 단위 셀에 평행하게 배열되는 채소 유래 천연 셀룰로오스와 공통된다.[2][38]셀룰로오스 1이라는 용어는 이 평행배열을 위해 사용되는 반면, 반팔렐 폴리글루칸 체인을 가진 결정성 섬유소는 열역학적으로 안정적인 셀룰로오스 II를 형성한다.[32]X선 회절에 의해 확인된 시트의 분자 배치는 분자 체인 축이 (1 0) 평면이 표면에 평행하게 향하도록 두께에 임의로 수직으로 놓여 있는 것이었다.[36]

비록 셀룰로오스가 뚜렷한 결정 구조를 형성하지만, 자연에서 셀룰로오스 섬유는 순수하게 결정성이 있는 것은 아니다.셀룰로오스 섬유는 결정체 및 비정형 부위 외에도 미세파이브릴의 꼬임이나 비틀림 등 다양한 형태의 불규칙성이나 표면 마이크로포어, 큰 구덩이, 모세혈관 등의 공극성을 함유하고 있다.따라서 셀룰로오스 섬유의 전체 표면적은 같은 차원의 이상적으로 매끄러운 섬유의 표면적보다 훨씬 크다.섬유 내 구조 이질성의 순효과는 섬유들이 수용성 매체에 담글 때 적어도 물에 의해 부분적으로 수분이 공급되고, 일부 미세공학과 모세혈관이 충분히 넓어서 침투가 가능하다.[35]

가장자리가 골절된 전자현미경을 스캔한 결과 매우 얇은 층이 무더기로 드러났다.이러한 층의 섬유는 펄프페이퍼처럼 인터피브릴라 수소 결합을 통해 결합되는 것이 제안되지만, 섬유질이 미세할수록 인터피브릴라 수소 결합의 밀도가 훨씬 높아야 하므로 접촉면적이 더 크다.[36]

적용들

박테리아 셀룰로오스에는 다양한 전류와 잠재적인 미래 용도가 있다.독특한 특성이 많아 식품 산업, 의료 분야, 상업 및 산업 제품, 기타 기술 분야에 활용되어 왔다.박테리아 셀룰로오스는 다재다능한 구조 재료로, 다양한 용도를 수용하기 위해 다양한 형태로 모양을 만들 수 있다.이 물질과 관련된 공정에 대해 많은 특허가 발급되었다.[39] 박테리아 셀룰로오스 펠리클레스는 사람의 화상이나 다른 피부 손상의 경우 임시 피부 대체품으로 제안되었다[44].폰타나, J.D. 외 연구진(1990) "임시피부 대체물로 아세토박터 셀룰로오스 펠리클" .Appleie d 생화학 및 생명공학 (Humana Press) 24-25 : 253-264].

음식

박테리아 셀룰로오스의 가장 오래된 사용은 필리핀의 전통적인 달콤한 사탕 디저트인 나타 드 피냐의 원료로 알려져 있다.디저트를 더욱 매력적으로 만들기 위해 천연 색소 몇 가지 색소(옥시카로티노이드, 안토시아닌 및 관련 산화방지제와 프리 래디컬 스캐벤져스)가 박테리아 셀룰로오스 큐브에 통합되었다[45].폰타나, J.D. 외 (2017) 식품생명공학 핸드북, 엘시비에 / 학술언론, 제7장 : 박테리아 셀룰로오스에 대한 새로운 통찰, 213-249페이지]박테리아 셀룰로오스는 또한 음식의 점도를 유지하기 위한 걸쭉한 성분과 안정제로도 사용되었다.식감과 섬유 함량 때문에 식이섬유로 많은 식품에 첨가되었다.대표적인 예로 셀룰론 ®이 있는데, 이것은 걸쭉한 재료, 텍스처라이저, 그리고/또는 칼로리 감소제 역할을 하기 위해 식재료로 사용된다.[40]미생물 셀룰로오스는 1992년부터 일본에서도 다이어트 음료의 첨가제로 사용되어 왔으며, 특히 발효 차 음료인 콤부카를 첨가하였다.[7]

상용제품

박테리아 셀룰로오스는 또한 상업 산업에서도 널리 응용된다.제지에서는 초강도의 종이로, 코팅, 바인딩, 두꺼워짐, 중단 특성을 가진 레티코레이션 미세 섬유망으로 사용된다.[33]박테리아 셀룰로오스는 높은 음속과 낮은 동적 손실 때문에 소니사가 시판한 하이파이델 확성기와 헤드폰에서 음향 또는 필터 막으로 사용되어 왔다.[2]박테리아 셀룰로오스는 화장품 산업에서도 첨가제로 사용된다.나아가 섬유산업에서 셀룰로오스 기반 의류를 제조할 가능성이 있는 등 테스트되고 있다.[33]

메디컬

보다 현대적인 응용에서 미생물 셀룰로오스는 의료 분야에서 관련성이 있다.그것은 특히 화상 케이스에서 테스트되었고 상처 드레싱으로 성공적으로 사용되었다.미생물 셀룰로오스 커버링으로 치료한 화상이 기존 치료법보다 빠르게 치유되고 흉터가 적다는 연구결과가 나왔다.셀룰로오스의 수분 보유 능력과 수증기 투과성 때문에 미생물 셀룰로오스 국소적 응용이 효과적이다.높은 수분 보유 능력은 치유에 중요한 부상 부위의 촉촉한 분위기를 제공하는 반면, 핥는 능력은 상처에서 스며나와 현장에서 제거할 수 있도록 한다.또한 미생물 셀룰로오스 성형은 피부 표면까지 매우 잘 형성되어 얼굴 부위 등 평소 상처를 입히기 어려운 곳에서도 컨포멀 커버를 제공한다.이 기술은 바이오필 ® 등 상용 미생물 셀룰로오스 제품이 개발될 정도로 성공적이었다.[1]또 다른 미생물 셀룰로오스 상용 치료제로는 자일로스사가 생산하는 XCell이 있는데, 주로 정맥궤양에 의한 상처를 치료하는데 사용된다.[41]전통 거즈 드레싱을 미생물 셀룰로오스 바이오폴리머로 처리해 거즈의 특성을 살린 연구도 실시됐다.건조시간과 수분 보유 능력을 높이는 것 외에도 액상 의약품은 미생물 셀룰로오스 코팅 거즈에 흡수돼 부상 현장에서 작업할 수 있었다.[42]

미생물 셀룰로오스는 뼈 이식과 다른 조직 공학 및 재생과 같은 내부 치료에도 사용되었다.의료용 미생물 셀룰로오스의 핵심 능력은 미생물 셀룰로오스의 모든 유용한 성질을 그대로 유지하면서 다양한 모양으로 쉽게 성형할 수 있다는 것이다.미생물 셀룰로오스를 길고 속이 빈 관으로 성형함으로써, 그것들은 심혈관 계통, 소화관, 요로 또는 기관지와 같은 몇몇 다른 영역의 대체 구조물로 사용될 수 있다.최근 미생물 셀룰로오스가 적용된 것은 합성혈관과 스텐트였다.셀룰로오스는 또한 메쉬막으로 모델링될 수 있는데, 이것은 뇌의 외부막인 두라막과 같은 내부 교체 구조에 사용될 수 있다.이러한 구조물은 교체 외에도 기존의 내부 생물학적 물질과 상호작용하는 이식물로도 사용되어 왔다.유도 조직 재생에도 미생물 셀룰로오스가 사용됐다.[41]바이오프로세서 ®와 Gengiflex ®는 현재 수술과 치과 임플란트에 광범위하게 적용되고 있는 미생물 셀룰로오스의 일반적인 상표 제품들 중 하나이다.한 예로 경구 상피세포와 진구결합조직이 처리된 뿌리 표면에서 분리되어 치주조직의 회복을 들 수 있다.[1]

현재 연구/미래 애플리케이션

미생물 셀룰로오스에 대한 활발한 연구 분야는 전자종이 분야다.현재, 식물 셀룰로오스는 전통적인 종이의 대부분을 생산하는데 사용되고 있지만, 그것의 순도가 낮기 때문에 리긴과 같은 다른 물질들과 혼합되어야 한다.하지만, 미생물 셀룰로오스의 높은 순도와 마이크로파이브릴 구조로 인해, 전자 종이 기질에 대한 훌륭한 후보자로 판명될 수도 있다.미생물 셀룰로오스는 습식 합성 과정을 통해 일반 종이 두께의 약 100마이크로미터 두께의 시트로 만들어질 수 있다.미생물 셀룰로오스는 종이에 도파제를 이식할 수 있는 마이크로파이브릴 구조로 단단한 기질을 만들어낸다.미생물 셀룰로오스 종이에 용액을 도포하여 전도성 도펜트와 전자크롬 염료를 마이크로파이브릴 구조에 넣을 수 있다.적절한 전압을 적용하면 바이스트 가능한 염료가 투명에서 어두운 색으로 바뀌며, 이를 통해 화소 구조로 배치되면 영상이 형성될 수 있다.이 기술은 아직 연구 단계에 있으며 아직 상업적 생산 수준으로 확장되지 않았다.박테리아 셀룰로오스를 전자책 태블릿, 전자신문, 동적 벽지, 재쓰기 가능한 지도 및 학습 도구로 사용할 수 있는 가능성을 가진 전자기기에 기질로서 적용하기 위한 추가 연구가 이루어졌다.[43]전자산업에서 박테리아 셀룰로오스 사용이 가능한 또 다른 예로는 유기발광다이오드(OLED) 제조가 있다.[33]

도전/제한

비효율적인 생산 공정 때문에 박테리아 셀룰로오스 현 가격은 상업적으로 매력적이고 대규모로 생존할 수 없을 정도로 높은 수준을 유지하고 있다.[33]전통적인 생산방식은 미생물 셀룰로오스를 상업적인 양으로 생산할 수 없기 때문에 많은 미생물 셀룰로오스 제품을 마케팅할 수 있으려면 원자로 기반 생산으로 더 많은 발전을 이루어야 한다.[27]

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d e f g Jonas, R.; Farah, Luiz F. (1998). "Production and application of microbial cellulose". Polymer Degradation and Stability. 59 (1–3): 101–106. doi:10.1016/S0141-3910(97)00197-3.
  2. ^ a b c d e f Iguchi, M.; Yamanaka, S.; Budhiono, A. (2000). "Bacterial cellulose' a masterpiece of nature's arts". Journal of Materials Science. 35 (2): 261–270. Bibcode:2000JMatS..35..261I. doi:10.1023/A:1004775229149.
  3. ^ 브라운, 에이제이 제이 켐Soc,49,172, 432(1886);51,643(1887)
  4. ^ 브라운, C.A., J. Chem. Soc. 28, 453 (1906)
  5. ^ Tarr, H.L.A., Hibbery, H. Can. J. Research, 4,372 (1931)
  6. ^ a b c d A. 스타인부엘 "박테리아 셀룰로오스"바이오폴리머.웨인하임:Wiley-VCH, 2001.인쇄하다
  7. ^ a b c Bajaj, I; Chawla, P; Singhal, R; Survase, S. "Microbial cellulose: fermentative production and applications". Food Technology and Biotechnology. 47 (2): 107–124.
  8. ^ M. Shoda, Y. Sugano(2005) 박테리아 셀룰로오스 생산의 최근 진보, 바이오테크놀.바이오프로세서 Eng. 10 1-8
  9. ^ S. Bielcki, A. Krystynowicz, M.Turkiewicz, H. Kalinowska: 박테리아 셀룰로오스.인: 식품공업의 폴리사카라이드와 폴리아미드 A.스타인부첼, SC 리 (Eds), 와일리-VCH Verlag, 독일 웨인헤인 (2005) 페이지 31-85
  10. ^ a b Brown, Jr (1987). "The biosynthesis of cellulose". Food Hydrocolloids. 1 (5–6): 345–351. doi:10.1016/S0268-005X(87)80024-3.
  11. ^ Delmer, D.P.; Amor, Y. (1995). "Cellulose biosynthesis". Plant Cell. 7 (7): 987–1000. doi:10.1105/tpc.7.7.987. PMC 160898. PMID 7640530.
  12. ^ a b Iannino, N.I. De; Couso, R.O.; Dankert, M.A. (1998). "Lipid-linked intermediates and the synthesis of acetan in Acetobacter xylinum". J. Gen. Microbiol. 134: 1731–1736. doi:10.1099/00221287-134-6-1731.
  13. ^ Morgan, Jacob L. W.; McNamara, Joshua T.; Fischer, Michael; Rich, Jamie; Chen, Hong-Ming; Withers, Stephen G.; Zimmer, Jochen (2016). "Observing cellulose biosynthesis and membrane translocation in crystallo". Nature. 531 (7594): 329–334. doi:10.1038/nature16966. ISSN 0028-0836. PMC 4843519. PMID 26958837.
  14. ^ Ramana, K.V.; Singh, L.; Singh, Lokendra (2000). "Effect of various carbon and nitrogen sources on cellulose synthesis by Acetobacter xylinum". World J. Microbiol. Biotechnol. 16 (3): 245–248. doi:10.1023/A:1008958014270.
  15. ^ a b Masaoka, S.; Ohe, T.; Sakota, N. (1993). "Production of cellulose from glucose by Acetobacter xylinum". J. Ferment. Bioeng. 75: 18–22. doi:10.1016/0922-338X(93)90171-4.
  16. ^ Park, J.K.; Jung, J.Y.; Park, Y.H. (2003). "Cellulose production by Gluconacetobacter hansenii in a medium containing ethanol". Biotechnol. Lett. 25 (24): 2055–2059. doi:10.1023/B:BILE.0000007065.63682.18. PMID 14969408.
  17. ^ Keshk, S.; Sameshima, K. (2006). "Influence of lignosulfonate on crystal structure and productivity of bacterial cellulose in a static culture". Enzyme and Microbial Technology. 40: 4–8. doi:10.1016/j.enzmictec.2006.07.037.
  18. ^ Toda, K.; Asakura, T.; Fukaya, M.; Entani, E.; Kawamura, Y. (1997). "Cellulose production by acetic acid-resistant Acetobacter xylinum". J. Ferment. Bioeng. 84 (3): 228–231. doi:10.1016/S0922-338X(97)82059-4.
  19. ^ Bae, S.; Shoda, M. (2005). "Statistical optimization of culture conditions for bacterial cellulose production using Box-Behnken design". Biotechnol. Bioeng. 90 (1): 20–28. doi:10.1002/bit.20325. PMID 15712301.
  20. ^ Premjet, S.; Premjet, D.; Ohtani, Y. (2007). "The effect of ingredients of sugar cane molasses on bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum ATCC 10245". Sen-I Gakkaishi. 63 (8): 193–199. doi:10.2115/fiber.63.193.
  21. ^ Son, H.J.; Kim, H.G.; Kim, K.K.; Kim, H.S.; Kim, Y.G.; Lee, S.J. (2003). "Increased production of bacterial cellulose by Acetobacter sp. V6 in synthetic media under shaking culture conditions". Bioresour. Technol. 86 (3): 215–219. doi:10.1016/S0960-8524(02)00176-1. PMID 12688462.
  22. ^ Matsunaga, M.; Tsuchida, T.; Matsushita, K.; Adachi, O.; Yoshinaga, F. (1996). "A synthetic medium for bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum subsp. Sucrofermentans". Biosci. Biotechnol. Biochem. 60 (4): 575–579. doi:10.1271/bbb.60.575.
  23. ^ Chao, Y.; Mitari, M.; Sugano, Y.; Shoda, M. (2001). "Effect of addition of water-soluble polysaccharides on bacterial production in a 50-L airlift reactor". Biotechnol. Prog. 17 (4): 781–785. doi:10.1021/bp010046b.
  24. ^ Zhou, L.L.; Sun, D.P.; Hu, L.Y.; Li, Y.W.; Yang, J.Z. (2007). "Effect of addition of sodium alginate on bacterial cellulose production by Acetobacter xylinum". J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 34 (7): 483–489. doi:10.1007/s10295-007-0218-4. PMID 17440758.
  25. ^ Hestrin, S.; Schramm, M. (1954). "Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinum: II. Preparation of freeze-dried cells capable of polymerizing glucose to cellulose". Biochem. J. 58 (2): 345–352. PMC 1269899. PMID 13208601.
  26. ^ Shirai, A.; Takahashi, M.; Kaneko, H.; Nishimura, S.; Ogawa, M.; Nishi, N.; Tokura, S. (1994). "Biosynthesis of a novel polysaccharide by Acetobacter xylinum". Int. J. Biol. Macromol. 16 (6): 297–300. doi:10.1016/0141-8130(94)90059-0. PMID 7727342.
  27. ^ a b c Kim, J.Y.; Kim, J.N.; Wee, Y.J.; Park, D.H.; Ryu, H.W. (2007). "Bacterial cellulose production by Gluconacetobacter sp. RKY5 in a rotary biofilm contactor". Appl. Biochem. Biotechnol. 137–140 (1–12): 529–537. doi:10.1007/s12010-007-9077-8. PMID 18478414.
  28. ^ Krystynowicz, A.; Czaja, W.; Wiktorowska-Jezierska, A.; Goncalves-Miskiewicz, M.; Turkiewicz, M.; Bielecki, S. (2002). "Factors affecting the yield and properties of bacterial cellulose". J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 29 (4): 189–195. doi:10.1038/sj.jim.7000303. PMID 12355318.
  29. ^ Jung, J.Y.; Khan, T.; Park, J.K.; Chang, H.N. (2007). "Production of bacterial cellulose by Gluconacetobacter hansenii using a novel bioreactor equipped with a spin filter". Korean J. Chem. Eng. 24 (2): 265–271. doi:10.1007/s11814-007-5058-4.
  30. ^ Yoshino, T.; Asakura, T.; Toda, K. (1996). "cellulose production by Acetobacter pasteurianus on silicone membrane". J. Ferment. Bioeng. 81: 32–36. doi:10.1016/0922-338X(96)83116-3.
  31. ^ a b Klemm, D.; Schumann, D.; Udhardt, U.; Marsch, S. (2001). "Bacterial synthesized cellulose — artificial blood vessels for microsurgery". Progress in Polymer Science. 26 (9): 1561–1603. doi:10.1016/S0079-6700(01)00021-1.
  32. ^ a b c Ross, P.; Mayer, R.; Benziman, M. (1991). "Cellulose biosynthesis and function in bacteria". Microbiol. Mol. Biol. Rev. 55 (1): 35–58. PMID 2030672.
  33. ^ a b c d e Vandamme, E.J.; Baets, S. De; Vanbaelen, A.; Joris, K.; Wulf, P. De (1998). "Improved production of bacterial cellulose and its application potential". Polymer Degradation and Stability. 59 (1–3): 93–99. doi:10.1016/S0141-3910(97)00185-7.
  34. ^ Sun, D.; Yang, J.; Wan, X. (2010). "Bacterial cellulose/TiO2 hybrid nanofibers prepared by the surface hydrolysis method with molecular precision". Nanoscale. 2 (2): 287–292. Bibcode:2010Nanos...2..287S. doi:10.1039/b9nr00158a. PMID 20644807.
  35. ^ a b c Lynd, L.; Weimer, P.; Van Zyl, WH; Pretorius, IS (2002). "Microbial Cellulose Utilization: Fundamentals and Biotechnology". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 66 (3): 506–577. doi:10.1128/MMBR.66.3.506-577.2002. PMC 120791. PMID 12209002.
  36. ^ a b c d e Nishi, Y.; et al. (1990). "The structure and mechanical properties of sheets prepared from bacterial cellulose". Journal of Materials Science. 25 (6): 2997–3001. Bibcode:1990JMatS..25.2997N. doi:10.1007/BF00584917.
  37. ^ Yoshinaga, Fumihiro; Tonouchi, N.; Watanabe, K. (1997). "Research progress in production of bacterial cellulose by aeration and agitation culture and its application as a new industrial material". Biosci. Biotechnol. Biochem. 61 (2): 219–224. doi:10.1271/bbb.61.219.
  38. ^ Kuga, S.; Brown, R. M. (1988). "Silver labeling of the reducing ends of bacterial cellulose". Carbohydrate Research. 180 (2): 345–350. doi:10.1016/0008-6215(88)80091-0.
  39. ^ Legge, Raymond (1990). "Microbial cellulose as a speciality chemical". Biotechnology Advances. 8 (2): 303–319. doi:10.1016/0734-9750(90)91067-Q. PMID 14546639.
  40. ^ 오키야마, A, 모토키, M, 야마나카, S, 푸드 하이드오콜, 1992, 6, 479.
  41. ^ a b Czaja, Wojciech; et al. (2007). "The Future Prospects of Microbial Cellulose in Biomedical Applications". Biomacromolecules. 8 (1): 1–12. doi:10.1021/bm060620d. PMID 17206781.
  42. ^ Meftahi, A.; et al. (2009). "The effects of cotton gauze coating with microbial cellulose". Cellulose. 17: 199–204. doi:10.1007/s10570-009-9377-y.
  43. ^ Shah, J.; Brown, M. (2005). "Towards electronic paper displays made from microbial cellulose". Applied Microbiology and Biotechnology. 66 (4): 352–355. doi:10.1007/s00253-004-1756-6. PMID 15538556.

외부 링크