细菌纤维素是由微生物发酵获得的天然纳米纤维素,具有天然的三维网络结构、大的比表面积、高结晶度、高力学强度、高亲水性、高透明度、高生物安全性、可生物降解的优点。这些优异的特点使其在食品添加剂、美容化妆品、生物医药、柔性电子、储能器件等领域得到广泛应用。细菌纤维素的生产需要大量的碳源,这使得细菌纤维素的生产成本较高,且微生物发酵周期长。纯净的细菌纤维素不具备多功能性,为拓展应用,通常需要对其表面进行化学改性,但是细菌纤维素水凝胶中的非自由水限制了反应物向水凝胶内部扩散,增加了改性的难度,化学改性通常还会造成细菌纤维素水凝胶力学性能的减弱或丧失。因此,利用微生物发酵生产高强度纳米纤维素水凝胶材料面临产能受限、成本较高、难以功能化等问题。为解决上述问题,我们提出了一种基于微生物静态发酵技术高效生产高强度细菌纤维素复合材料的方法。通过自动化喷雾技术在微生物静态发酵过程中,定时定量供给不同来源的生物质纳米材料,微生物原位合成的细菌纤维素通过分子间相互作用力,包括氢键作用,静电相互作用,与加入的外源生物质纳米材料结合,并形成天然三维网络结构。生物质纳米材料来源广泛,且表面官能团丰富。利用外源生物质纳米材料,一方面提高微生物发酵细菌纤维素的产能,另一方面,可以利用外源生物质纳米材料自身表面功能化基团,或者通过对生物质纳米材料预功能化,实现细菌纤维素的功能化。本文中我们自主搭建了自动化喷雾发酵装置,选用木醋杆菌P1菌株为模式菌,制备了物理开纤的纳米纤维素、羧甲基化纳米纤维素、纳米壳聚糖三种生物质纳米材料,然后通过喷雾发酵将这三种生物质纳米材料融入细菌纤维素网络,得到了三种细菌纤维素/生物质纳米材料复合物。通过调控喷雾浓度、喷雾时长、时间间隔等参数,成功将细菌纤维素复合材料的产能提升0.3-1.3倍。通过微观结构表征发现,外源生物质纳米材料并没有破坏细菌纤维素原有三维网络结构,并且很好地融入其天然结构中,复合材料依然保持了高结晶度和热稳定性。复合材料水凝胶膜和干膜的力学性能相比纯细菌纤维素材料持平或有一定提升。细菌纤维素/纳米壳聚糖复合材料对革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌都表现出明显的抑制作用,证实复合材料具有较好的抗菌功能,为其在伤口敷料、止血材料等生物医学应用奠定良好基础。综上所述,我们通过搭建自动化喷雾静态发酵装置,成功制备出多种细菌纤维素/生物质纳米材料复合材料,提高细菌纤维素产量,实现细菌纤维素多功能化,为细菌纤维素复合材料的制备和应用开辟新途径。