综述：细菌纳米纤维素作为生物医学应用的多功能支架：合成、功能化与未来展望

这篇综述全面阐述了细菌纳米纤维素（BNC）在生物医学领域的应用潜力，重点探讨了其合成方法、功能化策略及在伤口敷料、植入物和癌症治疗中的创新应用。作者系统分析了BNC的机械性能（如高拉伸强度、弹性模量）、生物相容性（ECM仿生结构）及与无机（Ag/Cu NPs）和有机（壳聚糖、胶原蛋白）材料的复合效果，为替代石油基生物材料提供了可持续解决方案。

　　

细菌纳米纤维素的结构与合成

细菌纳米纤维素（BNC）由醋酸杆菌属（Komagataeibacter）等微生物通过静态或动态发酵产生，形成三维纳米纤维网络。其独特的葡萄糖链通过β-1,4-糖苷键连接，结晶度达70-90%，水合状态下可保留超过自身重量200倍的水分。合成途径涉及四个关键酶促步骤：葡萄糖磷酸化、UDP-葡萄糖生成、纤维素合酶（bcs基因簇）催化的聚合及胞外分泌。静态培养产生均质膜状结构，而动态培养则形成球形或纤维状产物，但后者机械性能略低。

功能化策略增强性能

BNC的丰富羟基为功能化提供锚定位点：

• 无机纳米材料：银纳米颗粒（AgNPs）通过原位还原法负载，赋予抗菌性（对S. aureus和E. coli抑制率>99%），但需控制Ag⁺释放以降低细胞毒性（L929存活率>70%）。氧化铁纳米颗粒（Fe₃O₄NPs）通过磁场引导促进血管内皮细胞靶向粘附。
• 有机复合物：壳聚糖通过离子交联改善孔隙率（孔径增至28±6 μm），胶原蛋白/ BMP-2（骨形态发生蛋白2）复合支架促进成骨细胞分化（ALP活性提升3倍）。

伤口敷料应用

BNC基敷料凭借类ECM结构加速伤口闭合：

• 抗菌型：载AgNPs的BNC/聚多巴胺（PDA）薄膜对烧伤创面展示94.35%愈合率（20天），且Ag⁺缓释浓度<0.35 mg/L。
• 促再生型：结合透明质酸的敷料吸水率达3334%，显著高于商业产品（Hydrofiber? 2600%）。

植入物创新设计

• 软组织：BNC/丝素蛋白（SF）双层尿道支架压缩强度达274.6 kPa，支持上皮细胞迁移；3D打印BNC/明胶甲基丙烯酰（GelMA）耳软骨植入物杨氏模量（1.33 MPa）接近天然组织。
• 硬组织：BNC/羟基磷灰石（HAp）/AuNPs复合材料通过自噬通路促进骨再生，兔股骨缺损模型显示骨小梁数量（TB.N）增加2倍。

癌症治疗新方向

BNC作为药物载体和光热剂平台：

• 化疗：负载阿霉素（Dox）的BNC/脂质纳米粒（NLCs）局部给药抑制乳腺癌转移，肿瘤体积缩小80.38%。
• 光疗：Ti₃C₂ MXene/BNC支架在近红外光（808 nm）下升温至58.9°C，协同PD-1抗体实现头颈鳞癌术后免疫治疗。

挑战与展望

尽管BNC展现卓越潜力，其工业化生产仍受限于高成本（培养基占60%）。未来需开发废料基培养基（如果汁加工副产物）和新型生物反应器（如气升式），同时需标准化降解评估（如氧化预处理加速酶解）。跨学科合作将推动BNC从实验室走向临床，重塑生物材料产业格局。