CHANGES IN THE STRUCTURAL AND MECHANICAL CHARACTERISTICS OF BACTERIAL NANOCELLULOSE DURING STORAGE
Authors: Н.А. Шавыркина, , Н.В. Бычин, 
Published: January 2023

Бактериальная наноцеллюлоза (БНЦ) обладает уникальными физико-механическими свойствами, вследствие чего имеет огромный прикладной потенциал. Одной из важнейших характеристик любого материала является стабильность его свойств в процессе хранения. В рамках данной работы исследовалось влияние способа хранения бактериальной наноцеллюлозы на ее структурно-механические характеристики. Образцы БНЦ хранились в течение 8 месяцев, было смоделировано 5 вариантов условий хранения и 2 варианта многократного температурного воздействия – повторное автоклавирование (важно для медицинского применения БНЦ) и повторяющиеся циклы заморозки-разморозки БНЦ (модель транспортировки в зимнее время), т.е. моделировались условия как «правильного хранения», так и «нарушения условий хранения». В результате установлено, что микроструктура образцов БНЦ при хранении в течение 8 месяцев не претерпевает особых изменений, за исключением вариантов многократного температурного воздействия: можно отметить «разряжение» волокон БНЦ при повторяющихся температурных нагрузках. Кроме того, при повторных циклах замораживания-размораживания происходит разрыв волокон БНЦ, вероятнее всего, вследствие образования кристаллов льда внутри пленки БНЦ. Прочностные характеристики образцов БНЦ (модуль Юнга, степень полимеризации) меняются некритично при хранении в стерильных условиях и в случае хранения в лиофильно высушенном состоянии, и претерпевают значительные изменения – снижаются в 1,8-2 раза - при нарушении стерильности, а также при многократном температурном воздействии. Температура начала разложения образцов БНЦ снижается с течением времени хранения, но остаётся в пределах, характерных для целлюлозы: от 353 °С до 259 °С. В научной литературе отсутствуют данные о способах хранения БНЦ и, соответственно, об изменении ее характеристик в процессе хранения. В связи с этим у авторов статьи не было возможности сравнить полученные результаты с мнением мирового научного сообщества, но мы надеемся положить начало обсуждению этого аспекта исследований в области технологии и применения БНЦ.

Bacterial nanocellulose (BNC) has unique physical and mechanical properties, and therefore has a huge application potential. One of the most important characteristics of any material is the stability of its properties during storage. Within the framework of this work, the influence of the storage method of bacterial nanocellulose on its structural and mechanical characteristics was studied. BNC samples were stored for 8 months, 5 options for storage conditions and 2 options for repeated temperature exposure were simulated - repeated autoclaving (important for the medical use of BNC) and repeated freeze-thaw cycles of BNC (transportation model in winter), i.e. the conditions of both “correct storage” and “violation of storage conditions” were modeled. As a result, it was found that the microstructure of the BNC samples during storage for 8 months does not undergo any special changes, except for the variants of repeated temperature exposure: one can note the "discharge" of the BNC fibers under repeated temperature loads. In addition, during repeated freeze-thaw cycles, BNC fibers break, most likely due to the formation of ice crystals inside the BNC film. The strength characteristics of BNC samples (Young's modulus, degree of polymerization) change non-critically when stored under sterile conditions and in the case of storage in a lyophilized state, and undergo significant changes - they decrease by 1.8-2 times - if sterility is violated, as well as under repeated temperature impact. The temperature of the onset of decomposition of BNC samples decreases with time of storage, but remains within the limits characteristic of cellulose: from 353 °C to 259 °C. There are no data in the scientific literature on BNC storage methods and, accordingly, on changes in its characteristics during storage. In this regard, the authors of the article did not have the opportunity to compare the results obtained with the opinion of the world scientific community, but we hope to initiate a discussion of this aspect of research in the field of BNC technology and application.