كان الهدف من هذا البحث لتشكيل النبات الاصطناعية الأنسجة جدار الخلية باستخدام طبقة تلو طبقة التجمع من الألياف واللجنين nanocellulose معزولة تجميعها من تعليق مائي مخفف. واستخدمت تقنيات قياس سطح توازن دقيق الكريستال الكوارتز ومجهر القوة الذرية لمراقبة تشكيل المواد بمركب متناهي في الصغر البوليمر البوليمر.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
نحو Biomimicking الخشب: أفلام التجهيز الحرة الدائمة للNanocellulose، اللجنين، وPolycation الاصطناعية
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
وتتكون المواد الخشبية لجدران الخلايا النباتية التي تحتوي على جدار الخلية الثانوية الطبقات تتكون من البوليمرات الهيكلية من السكريات واللجنين. تم استخدام طبقة تلو طبقة (LBL) عملية التجميع التي تعتمد على تجميع جزيئات مشحونة معاكس من المحاليل المائية لبناء قائما بذاته فيلم مركب من الخشب البوليمرات معزولة من اللجنين وأكسدة nanofibril السليلوز (NFC). لتسهيل تجميع هذه البوليمرات سالبة الشحنة، ومتضاعف الكتروليتي موجبة الشحنة، وبولي (كلوريد diallyldimethylammomium) (PDDA)، وكان يستخدم كطبقة ربط لإنشاء هذا النموذج جدار الخلية مبسطة. تمت دراسة عملية الامتزاز الطبقات كميا باستخدام الكوارتز الكريستال توازن دقيق مع رصد تبديد (QCM-D) وellipsometry. أظهرت النتائج أن طبقة الشامل / سمك في طبقة كثف زيادة بوصفها وظيفة من عدد من الطبقات. وقد درس تغطية سطح طبقات كثف مع القوة الذرية المجهر (AFM).تم العثور على تغطية كاملة من السطح مع اللجنين في جميع دورات ترسب للنظام، ومع ذلك، وزيادة التغطية السطحية عن طريق NFC مع عدد من الطبقات. وقد أجريت عملية الامتزاز من 250 دورات (500 طبقات ثنائية) على خلات السليلوز (CA) الركيزة. تم الحصول على شفافية LBL تجميعها الأفلام بمركب متناهي في الصغر قائمة بذاتها عندما تم حل الركيزة CA في وقت لاحق في الأسيتون. وأظهر المسح المجهر الإلكتروني (SEM) من كسر المقاطع العرضية بنية رقائقي، وقدرت سماكة في دورة الامتزاز (PDDA-اللجنين-PDDA-NC) ليكون 17 نانومتر لنوعين اللجنين المختلفة المستخدمة في الدراسة. تشير البيانات فيلم مع العمارة رقابة شديدة حيث تترسب nanocellulose واللجنين مكانيا على مقياس النانو (أ nanocomposites والبوليمر البوليمر)، على غرار ما لوحظ في جدار الخلية الأم.
المقدمة
هناك اهتمام كبير لاستخلاص المواد الكيميائية والوقود إضافية من الكتلة الحيوية، والكربون المحتبس من النباتات خلال عملية التمثيل الضوئي هو جزء من CO 2 دورة الحالية. غالبية الكربون المحتجز (42-44٪) في شكل السيلولوز، بوليمر يتألف من وحدات β غلوكوبيرانوز 1-4 المرتبطة؛ عندما تحلل والجلوكوز يمكن أن تستخدم المتفاعلة الأولية للتخمير إلى وقود الكحول القائمة. ومع ذلك، فقد تطورت العمارة جدار الخلية من النباتات الخشبية لآلاف السنين خلق المواد التي هي مقاومة للتدهور في البيئة الطبيعية 1. هذا الاستقرار يحمل أكثر في المعالجة الصناعية للمواد الخشبية مثل محاصيل الطاقة مما يجعل السليلوز يصعب الوصول إليها، وعزل، والانهيار إلى ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. Nanofibrillated السليلوز إعداد 55
- إعداد 3 L ثلاث رقبات قارورة مع 2 لتر ماء منزوع الأيونات، وهو النمام النفقات العامة، ودرجة الحموضة التحقيق.
- إضافة delignified كرافت اللب، 88٪ سطوع (20 غرام، 1٪ (ث / ت، على أساس الوزن الجاف))، 2،2،6،6-1-tetramethylpiperidine oxyl (TEMPO) (0.313 غرام، 0.1 ملمول / ز السليلوز) ، وبروميد الصوديوم (NaBr، 2.0 غرام، 1 مليمول / ز السليلوز) إلى القارورة.
- مزيج من الأ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
QCM-D تحليل منظم وودي تصنيع البوليمرات السينمائي
الامتزاز LBL من اللجنين، تم رصد NFC وPDDA في الوقت الحقيقي مع QCM-D في اثنين من تجارب مختلفة تنطوي على نوعين من يغنينس. هذا الأسلوب تحليل حساس جدا للكشف عن تغيرات في وتيرة عندما كثف الجزيئات على السطح من الكريستال الكوارتز الشكل 1 يحتوي على وصف تفصيلي للاستجابة QCM-D في دورة واحدة ترسب، والتي تنطوي على اثنين من طبقات ثنائية (PDDA: HMWL وPDDA: NC). تمث.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
تلفيق Nanocellulose
لnanocellulose تلفيق أكسدة ناجحة من الألياف اللب هو ضروري لالرجفان السهل. يتم التحكم بواسطة الأكسدة المتوفرة هيبوكلوريت الصوديوم، والذي ينبغي أن يضاف ببطء في كميات معروفة على أساس كمية من السليلوز. سبب واحد للأكسدة محدودة ينشأ من تخزين محلول هيبوكلوريت الصوديوم لفترات طويلة. ويمكن الإشارة إلى هذا انخفاض الكفاءة الأكسدة أثناء عملية التفاعل؛ الطين اللب يجب أن تتحول إلى لون شاحب مصفر، الطريق جزئيا م.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
والكتاب ليس لديهم ما يكشف.
شكر وتقدير
وأيد هذا العمل في المقام الأول من قبل برنامج الدكتوراه الباحث في معهد تكنولوجيا الحرجة والعلوم التطبيقية (ICTAS) في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا، وكلية جامعة فرجينيا للتكنولوجيا العليا لدعم برنامج تقنية النانو المستدامة، وأيضا وزارة الزراعة في الولايات المتحدة، عدد المنح NIFA 2010-65504-20429. أشكر الكتاب أيضا مساهمات ريك كوديل، ستيفن مكارتني، جورج وكنيسة ترافيس لهذا العمل.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| تبرع لب الكبريتات | Weyerhaeuser | بمستوى سطوع 88٪ | |
| اللجنين العضوي | سيجما ألدريتش | 371017 | توقف |
| اللجنين الخشبي المطحون بالخشب الصلب | انظر المرجع في الورق | ||
| Polydiallyldimethylammonium كلوريد | Sigma Aldrich | 409022 | Mn = 7.2 × 104< / sup> ، Mw = 2.4 × 105< / sup> |
| 2،2،6،6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) | Sigma Aldrich | 214000 | الأكسدة الحفازة للكحول الأولي إلى الألدهيدات بنقاء 98٪ ، الوزن الجزيئي 156.25 جم / مول |
| بروميد الصوديوم | Sigma Aldrich | S4547 | نقاء & ge ؛ 99.0٪ ، الوزن الجزيئي 102.89 |
| هيبوكلوريت الصوديوم | سيجما ألدريتش | درجة | كاشف 425044 ، الكلور المتاح 10 ~ 15٪ ، الوزن الجزيئي 74.44 جم / مول |
| هيدروكسيد الصوديوم | VWR | BDH7221-4 | 0.5 نيوتن محلول مائي ، كثافة 1.02 جم / مل ، الوزن الجزيئي 40 جم / مول |
| هيدروكسيد الصوديوم | Acros Organics | AC12419-0010 | 0.1 N محلول مائي ، ثقل نوعي 1.0 جم / مل ، الوزن الجزيئي 40 جم / مول |
| هيدروكسيد الأمونيوم | Acros Organics | AC39003-0025 | محلول 25٪ في الماء ، درجة الحموضة 13.6 ، الكثافة 0.89 ، الوزن الجزيئي 35.04 جم / مول |
| بيروكسيد الهيدروجين | فيشر Scientific | H325-100 | 30.0 ~ 32.0٪ معتمد ACS ، درجة الحموضة 3.3 ، الكثافة 1.11 |
| صفائح الميكا | TED Pella | NC9655733 | Pelco ، درجة V5 ، 10 × 40 مم ، 23 مم T ، الحد الأدنى من الهواء والفقاعات ، حمض |
| الكبريتيك نظيف جدافيشر Scientific | A300-212 | 95.0 ~ 98.0 w / w ٪ ، معتمد ACS plus ، الوزن الجزيئي 98.08 جم / مول | |
| أسيتات السليلوز | ماكماستر كار | 8564K44 | درجة الاستبدال 2.5 |
| مختبرات | الإيثانول | 04-355-223 | 200 دليل (100٪) ، USP |
| [header] | |||
| Acetone | Fisher Scientific | A18-4 | نقاء & GE 99.5٪ ، درجة كاشف ACS معتمدة ، كثافة 0.79 جم / مل ، الوزن الجزيئي 58.08 جم / مول |
| مضخة حقنة | 552226 جهاز هارفارد | 22 تسريب / سحب مع حامل حقنة قياسي ، معدل التدفق 0.002 & # 956 ؛ لتر / ساعة ~ 55.1 مل / دقيقة | |
| نظام تنقية المياه Mill-Q | EMD Millipore | D3-UV | Direct-Q ، الأشعة فوق البنفسجية ، الموصلية للمياه 18.5 M & Omega ؛ · سم مع 20 لتر مقياس |
| الأس الهيدروجيني | Mettler Toledo | SeverMulti | |
| Balance | Mettler Toledo | AB135-S | دقة 0.1 مجم |
| مجهر القوة الذرية | أبحاث اللجوء | MFP-3D ، مجهر الفلورسنت الأولمبي مرحلة | |
| مقياس القطع الناقص | Beaglehole Instruments | ||
| أجهزة الطرد المركزي الألياف | سلة غير معروفة | نمط الطرد المركزي | |
| Waring خلاط | Waring | التجارية | |
| بالموجات فوق الصوتية المعالج | سونيكس | سونيكس 750 واط ، الضميمة الصوتية | |
| الكوارتز الكريستال microbalance مع مراقبة التبديد (QCM-D) | Q-Sense Inc. | تقيس E4 | التردد الأساسي ل 5 ميجاهرتز ، وتراقب النغمات / التوافقيات للأرقام الفردية من 3 ~ 13 ، واستخدم بلورات الكوارتز الكهرضغطية المطلية بالذهب ذراع |
| قحافة آلي | Lynxmotion |
المراجع
- Fratzl, P., et al. On the role of interface polymers for the mechanics of natural polymeric composites. Phys. Chem. Chem. Phys. 6, 5575-5579 (2004).
- Terashima, N., Fukushima, K., He, L. F., Takabe, K. Forage cell wall structure and digestibity. Amer....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
