细菌纤维素的最新研究进展

纤维素是地球上含量最丰富的天然高分子材料,可分为植物纤维素和细菌纤维素两类.和植物纤维素相比,细菌纤维素具有更高的纯度和更好的性能.细菌纤维素具有多孔的纳米网状结构、高聚合度、高纯度、高结晶度、优异的力学性能和生物相容性等优点,作为一种天然可再生高分子材料,近年来备受关注.本综述介绍了制备细菌纤维素的主要方法,归纳总结...     

纳米细菌纤维素膜的表征与生物相容性研究

利用木醋杆菌静态培养法制备的由纳米纤维组成的细菌纤维素膜具有超细的三维网络结构和适当的孔隙率. 利用光镜、扫描电镜和原子力显微镜对其进行结构表征发现, 细菌纤维素膜具有极为精细的纳米网络结构, 冻干膜的孔径约为0.6~2.8 μm; 纤维素带宽度约为50~80 nm. 采用湿重与浮重结合法测定烘干膜和冻干膜的孔隙率分别约为70%和90%. 由于细菌纤维素含有大量的羟基, 故烘干膜表现出极好的透湿性. 将细菌纤维素膜分别与成纤维细胞和软骨细胞进行复合培养, 并将成纤维细胞和细菌纤维素膜的复合物进行裸鼠皮下移植实验. 结果显示, 移植的复合物很好地融入了裸鼠正常皮肤, 成纤维细胞和软骨细胞在细菌纤维素表面形成连续的细胞层, 绿色荧光蛋白表达正常. 以上结果表明, 细菌纤维素膜非常适合细胞贴附和增殖, 表现出较好的生物相容性, 有望成为新型组织工程支架材料.     

细菌纤维素膜的制备与性能

以细菌纤维素为原料,氯化锂(LiCl)/二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,通过相转化法制备了细菌纤维素膜.用单纤维强力仪对膜的拉伸强度和伸长率进行测试,分析了细菌纤维素浓度、凝固浴温度、凝固浴浓度、凝固时间及塑化条件对膜力学性能的影响.结果表明:在一定范围内,随着制膜液中细菌纤维素浓度的增加、凝固浴温度的降低和凝固浴浓度的增大,膜的拉伸强度和伸长率均提高;随着甘油浓度的增大和塑化时间的延长,膜的拉伸强度逐渐减小,伸长率逐渐增大.     

氯化钙催化纤维素热裂解动力学研究

用差示热重分析仪对氯化钙纤维素热裂解动力学催化影响进行了研究。结果表明，氯化钙对焦炭的形成具有强烈的促进效果，使热裂解最终残留物产率从5％提升到10％以上，氯化钙的存在影响到热失重初始阶段活性纤维素的生成，使热重曲线向低温侧移动，并在低温段产生了小的失重速率峰。通过热重分析发现，氯化钙催化条件下纤维素热裂解动力学参数被分为了三段，分别对应于活性纤维素的生成、炭化和活性纤维素转化为挥发分产物三个区间，并依次成为整体失重过程的控制步骤。结合Broido-Shafizadeh机理分析以及与纯纤维素热裂解动力学参数的对比，氯化钙对这三个主要反应步骤都产生了促进效果，其中以催化焦炭的生成最为明显，在促进焦炭化的过程中，降低了气体产物的生成比率。     

气相色谱-质谱对青霉素发酵中玉米浆潜在标志物的研究

基于气相色谱-质谱(GC-MS)结合正交偏最小二乘判别分析法(OPLS-DA),建立了筛选玉米浆中影响青霉素发酵效价的潜在标志物的方法.利用GC-MS获得玉米浆中44种物质,经过标准化、Pareto预处理后,通过OPLS-DA对样本进行模式识别,根据模型的载荷图和变量重要性因子(VIP)筛选出9个潜在的标志物,即亮氨酸、5-酮脯氨酸、天冬氨酸、柠檬酸、酪氨酸、丝氨酸、赖氨酸、苏氨酸和葡萄糖.结果表明,这些物质与青霉素的初级代谢和次级代谢密切相关,可以作为筛选青霉素发酵优质原料的潜在质量指标.     

羧甲基纤维素水凝胶生物降解动力学研究

用氯化铝对羧甲基纤维素进行交联,制得了水凝胶.考察了底物浓度、酶浓度以及降解温度对该水凝胶降解速率的影响,探讨了酶降解动力学及“表观”活化能对酶浓度的依赖关系.结果表明,该酶促反应最佳温度为37 ℃,降解反应对底物浓度和酶浓度的反应级数分别为1级和1.2级;得到了与传统的Michaelis-Menten动力学机制不同的非均相酶促反应动力学模型,确定了“表观”活化能与酶浓度之间的定量关系.     

细菌有限生长热动力学研究

在有限的生长空间内和营养条件下，细胞是无法实现无限生长的．细胞在发展初期，由于本身还不够强大，增大的速率比较低；而发展到后期，又由于衰老和环境的制约，增长速率降低，甚至停滞下来．只有在发展中期，才处于增殖高峰，增长速率较快．细胞群体增殖速率经历“慢一快一慢”的变化过程，导致了生长曲线是一条S型变化曲线［‘，’］．对于细菌的生长，只有局部、短时间内符合指数生长特征＊，对于整个生长过程中是不符合的，对干理论的有限生长曲线，可设计三种方程式＊，以适合有限生长曲线的特征：单分子、自催化或简单逻辑、Gomner…     

新型液晶材料细菌纤维素苯甲酸酯的合成与表征

以细菌纤维素（BC）为原料,通过酯化反应制备了细菌纤维素苯甲酸酯（BBC）．用红外（FT-IR）表征了产物结构,并且通过DSC、POM和WAXD研究了产物的热致液晶织构及其性能．从DSC和POM研究得知,细菌纤维素苯甲酸酯在281．7℃-356．3℃之间可以形成近晶型液晶相．     

以细菌纤维素为前驱体简便制备氮掺杂碳纤维气凝胶作为高效氧还原催化剂

数十年来,碳气凝胶因其在催化剂载体、电容器和锂电池电极材料以及吸附剂等领域的潜在应用而备受关注.然而,传统碳气凝胶的制备往往使用昂贵且有毒的前驱体,其方法也较为复杂,不利于大规模生产及应用.本文介绍了一种以细菌纤维素为前驱体制备氮掺杂碳纤维气凝胶的方法.该方法廉价高效,简单易行且对环境无害.所制气凝胶具有密度低、孔隙度高、比表面积大以及导电性良好等优点.它继承了细菌纤维素生物质优异的三维交联多孔结构的特点,可直接用作氧还原催化剂,表现出优异的催化性能,预示着其广泛的应用前景.这在该领域的应用报道尚属首次.     

细菌纤维素纳米纤维稳定乳液的性能

采用超声和高压均质两种方式分散的细菌纤维素(BC)悬浮液制备了BC纳米纤维稳定的水包油型Pickering乳液, 并考察了纤维用量、 pH值和机械分散方式对乳液稳定性的影响. 结果表明, 乳液的稳定性随纳米纤维用量的增加而增加; 碱性条件比酸性条件制备的乳液稳定性高, 且在pH=12时达到最高. 用高压均质方式分散的BC稳定乳液的效果优于采用超声方式分散的BC的效果, 这是由于高压均质后的纤维较短, 可以提供更多的纳米纤维稳定乳液. 计算结果表明, BC纳米纤维在液体石蜡/水界面上的三相接触角为72.5°, 说明BC适合稳定水包油型乳液.     

细菌纤维素基柔性锌离子电池正极的构筑及性能研究

柔性锌离子电池(ZIBs)具有高安全性、低成本和高能量密度等优势,但是现有的ZIBs柔性电极难以兼具高电化学性能和力学稳定性.其中,缺少适合的基底材料是限制柔性电极发展的关键.本工作中,以细菌纤维素(BC)为基底材料,结合原位聚合及真空过滤方法,制备了具有3D多孔结构的BC/聚苯胺/碳纳米管(BC/PANI/CNTs)柔性电极.BC固有的高抗拉伸强度和超细纳米纤维网络结构等特点,在赋予柔性电极高弯曲特性的同时,还有利于活性物质的负载及电解液离子的快速扩散.结果表明,BC/PANI/CNTs具有高柔韧性、7.3mg/cm²的负载量和157m Ah/g的比容量.以BC/PANI/CNTs电极构建的准固态ZIBs展现了109 mAh/g的比容量,且200次充放电循环后容量保持率大于90%.     

高力学强度细菌纤维素气凝胶纤维的连续化制备

气凝胶纤维因其高外表面积和高柔韧性在能量管理系统中具有潜在应用而引起了广泛关注.但是,目前制备的气凝胶纤维力学强度较低,限制了其实际应用.为提高气凝胶纤维力学性能,在始终保持细菌纤维素(BC)纳米纤维处于湿态下,利用NaOH/尿素/硫脲复合溶剂直接低温溶解原生BC,获得透明的BC纺丝原液;通过湿法纺丝制备了BC水凝胶纤维,经过水洗和冷冻干燥后处理,制得BC气凝胶纤维.采用偏光显微镜(POM)、13C核磁共振(13C-NMR)和高级旋转流变仪研究BC在复合溶剂中的溶解过程与状态;利用全反射傅里叶变换红外吸收光谱(ATR-FTIR)、X射线衍射(XRD)和热失重(TG)研究BC溶解前后结构与性能变化;利用场发射扫描电镜(FESEM)、全自动比表面积和孔径分布分析仪、单丝强力仪对获得的BC气凝胶纤维结构与性能进行表征.结果表明,复合溶剂在?15℃条件下可以直接溶解原生湿态BC,最高溶解浓度为3 wt%;采用湿法纺丝制得高度多孔的连续BC气凝胶纤维,比表面积高达192 m^2/g且具有优异的力学性能,断裂强度和杨氏模量高达(9.36±1.68)MPa和(176±17.55)MPa,如0.4 mg BC气凝胶纤维可以支撑高于其本身质量5×10^4倍的重物.     

细菌纤维素/聚丙烯酰胺水凝胶的制备及性能表征

通过自由基聚合在细菌纤维素(BC)网络中引入聚丙烯酰胺(PAM),制备了细菌纤维素/聚丙烯酰胺(BC/PAM)复合水凝胶,并采用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(IR)、热失重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)和力学测试等手段对复合凝胶的结构和性能进行了研究.研究结果显示在复合水凝胶中,虽然PAM自身没有交联,但由...     

细胞动力学研究IV.细菌非理想生长过程的热动力学

By using LKB2277 Bioactivity Monitor, we have determined the thermogenesis power curves of four kinds of bacteria: Brucella M5(55010), 83-980, 83-981 and E. coli. We have also derived the thermokinetic equation for the process of bacterial growth, which was untypical "S" , unideal growth, as:
Ln[P•(1-P/Pm)?-1]=ln[P0•(1-P0/Pm)?-1]+kt
From this equation, the rate constants of bacterial growth k wore obtained. This thermokinetic equation is very suitable for cell growth of separated culture, in which the thermogenesis curve is untypical. The model propoted by equationl(1) has been compared with the exponential and logistic models. This thermokinetic equation is very significant for the study of bacterial limited growth and their characteristics.     

细胞动力学研究 III.细菌算术级数式生长过程热动力学

By using an LKB-2277 Bioactivity Monitor, we have determined the thermogenesis curves of two species of Brucellas arithmetic series growth. From the thermogenesis curves, a thermokinetic equation as:
dP/dt=km﹒Pn
could be established for bacterial arithmetic series growth in which the order of growth metabolism n=0. The mean specific rate constant of multiplication μand the mean generation time G et al. were calculated. This model was compared with the exponential model.     

球形纤维素吸附剂对Cu~(2+)的吸附动力学与热力学研究

以离子液体([Bmim]Cl)为反应介质,丙烯酸为单体,对纤维素进行均相接枝共聚,并采用油包水反相悬浮技术制得球形纤维素吸附剂。采用静态吸附实验方法研究了该吸附剂对水溶液中Cu2+的吸附性能,包括各种因素(溶液pH值,溶液初始浓度,吸附时间,吸附温度)对吸附效果的影响。研究结果表明,适当提高溶液pH值,增加溶液初始浓度,以及延长吸附时间都有利于改善吸附效果;球形纤维素吸附剂对Cu2+的吸附符合Langmuir吸附等温式,吸附过程是自发的放热过程;吸附剂对Cu2+的吸附符合二级吸附动力学模型,吸附过程由膜扩散和颗粒内扩散联合控制。球形纤维素吸附剂对Cu2+的具有很好的吸附性并具有良好的再生性能,可以循环使用。     

聚硫醚纤维素吸附阳离子染料的动力学与热力学

脱脂棉在碱存在下与环硫氯丙烷发生醚化反应,合成了一种环境功能材料--聚硫醚纤维素（PTCC）。 考察了溶液酸度对吸附容量的影响并研究了PTCC对3种阳离子染料的吸附动力学与热力学。 研究结果表明,中性介质较有利于吸附的进行;298 K、pH=7.0时,静态吸附2 h后,吸附趋于平衡,PTCC对碱性艳蓝B、碱性艳蓝R和夜蓝的饱和吸附量分别为726、652和320 mg/g;PTCC对阳离子染料的吸附过程符合Lagergren二级吸附动力学方程,吸附速率常数k2随着温度的降低而升高,低温有利于吸附反应的进行;吸附过程ΔG、ΔH和ΔS均为负值,表明该吸附是自发的放热过程,主要是通过范德华力实现的。 吸附过程的吸附等温模型符合Langmuir等温式,可以用单分子层吸附理论加以解释。