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

16.3K مشاهدة

⸱

DOI:

10.3791/51257

⸱

يونيو 17, 2014

 ,  ,  , 
1Institute for Critical Technology and Applied Science, Virginia Tech, 2Macromolecules and Interfaces Institute, Virginia Tech, 3Institute for Food Safety and Health, Illinois Institute of Technology- Moffett Campus, 4Wood, Cellulose, and Paper Research Department, University of Guadalajara, 5Department of Sustainable Biomaterials, Virginia Tech, 6Sustainable Nanotechnology Interdisciplinary Graduate Education Program, Virginia Tech

في هذه المقالة

ملخص

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.

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 جلوكوز. نظرة فاحصة على التركيب الدقيق لجدار الخلية الثانوية يكشف أنه هو البوليمر بمركب متناهي في الصغر تتكون من الطبقات microfibrils على paracrystalline السليلوز مضمن في مصفوفة غير متبلور من اللجنين وتنحنحicelluloses 2-4. وسيليلوز microfibrils الموجهة طوليا ويبلغ قطرها حوالي 2-5 نانومتر، والتي يتم تجميعها معا مع غيرها من السكريات مغاير لتشكيل وحدات أكبر من حزم ليفية 5. هي جزء لا يتجزأ من حزم ليفية في مجمع اللجنين-هيميسيلولوز تتألف من البوليمر غير متبلور وحدات phenylpropanol مع بعض الروابط الأخرى مغاير السكريات مثل glucoronoxylan 4. علاوة على ذلك، يتم تنظيم هذا الهيكل الى مزيد من طبقات أو صفاحات، في جميع أنحاء lignified جدار الخلية الثانوي 6-8. الإنزيمات، مثل السليلوزات، لديها الوقت الصعب جدا الحصول على السليلوز داخل جدار الخلية كما انها وجدت في شكل ليفية، وجزءا لا يتجزأ من اللجنين. جوهر صنع الوقود حقا biobased ومنصات الكيميائية المتجددة واقعا هو تطوير العمليات التي تسمح اقتصاديا تسكر من السليلوز في شكله الأصلي.

التقنيات الكيميائية والتصوير الجديدة والمساعدة في الحادي وudy من الآليات التي تشارك في تسكر من السليلوز 9،10. وتركز الكثير من العمل على رامان متحد البؤر التصوير 11 و القوة الذرية المجهري 12 لدراسة التركيب الكيميائي جدار الخلية ومورفولوجيا. أن تكون قادرة على تتابع عن كثب آليات إزالة اللجنين وتسكر هو خطوة هامة إلى الأمام، مما يؤثر على تحويل السليلوز إلى جلوكوز. تم تحليل تسكر من طراز الأسطح السليلوز عن طريق قياس معدلات الحركية الانزيم مع توازن دقيق الكوارتز الكريستال مع رصد تبديد (QCM-D) 13. ومع ذلك، جدران الخلايا الأم هي معقدة للغاية كما هو مبين أعلاه، وهذا يخلق الغموض عن كيفية تغيير عمليات التحويل المختلفة هيكل جدار الخلية النباتية (بوليمر الوزن الجزيئي، الروابط الكيميائية، المسامية). إن النماذج خالية من مكانة المواد جدار الخلية مع التركيب الهيكلي المعروفة معالجة هذا القلق، والسماح للتكامل العينات في دولة من الفن الكيميائية وimagiالمعدات نانوغرام.

هناك ندرة في النماذج جدار الخلية والقليلة المتوفرة يمكن تصنيفها على أنها مزيج من مواد البوليمر ومجدد السليلوز أو السليلوز البكتيرية 14، بلمرة إنزيمي-اللجنين السكاريد المركبة 15-17، 18-21 نموذج أو الأسطح. بعض النماذج التي تبدأ تشبه جدار الخلية هي عينات التي تحتوي على السلائف اللجنين أو النظير بلمرة إنزيمي في وجود السليلوز في شكله microfibrillar. ومع ذلك، وهذه المواد يعانون من عدم وجود طبقة بنية المنظمة. والطريق بسيطة لإنشاء المواد بمركب متناهي في الصغر مع بنية المنظمة هو (LBL) تقنية التجميع طبقة تلو طبقة، استنادا إلى امتزاز متتابعة من البوليمرات أو النانوية مع رسوم تكميلية أو المجموعات الوظيفية لتشكيل مركب متعدد الطبقات الأفلام نظمت 22-25. nanocomposites والهجين خالية من مكانة عالية القوة، التي أدلى بها LBL ترسب البوليمر وغnoparticles، تم الإبلاغ من قبل كوتوف وآخرون. 26-30. من بين العديد من التطبيقات الأخرى، كما تم التحقيق أفلام LBL للاستخدام إمكاناتها في تسليم العلاجية 31، أغشية خلايا الوقود 32،33، 34 البطاريات، واللجنوسليلوزية سطح الألياف التعديل 35-37. وقد أدت المواد المركبة لمصلحة الأخيرة في السليلوز النانو تستند إلى إعداد وتوصيف متعددة الطبقات LBL من البلورات النانوية السليلوز (CNC) من خلال التحلل حامض الكبريتيك من ألياف السليلوز، وpolyelectrolytes موجبة الشحنة 38-43 مستعدا. كما تم إجراء دراسات مماثلة مع البلورات النانوية السليلوز تم الحصول عليها من تونيسين البحرية وpolyelectrolytes الموجبة 44، باستخدام الحاسب الآلي وxyloglucan 45، والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي والشيتوزان 46. وقد تم تشكيل LBL متعدد الطبقات من سليولوزات carboxylated nanofibrillated (NFCs)، التي حصلت عليها التجانس الضغط العالي من الألياف اللب مع polyelectrolytes الموجبة أيضادرس 47-49. وقد تم استعراض إعداد والخصائص، وتطبيق CNCs والسليلوز nanofibrillated بالتفصيل 50-53.

ينطوي على الدراسة دراسة تقنية LBL كوسيلة محتملة لتجميع البوليمرات اللجنوسليلوزية معزولة (مثل nanocellulose واللجنين) بطريقة أمر كخطوة أولى نحو مركب اللجنوسليلوزية بيوميمتيك مع هيكل رقائقي. وقد تم اختيار هذه التقنية LBL لظروف التصنيع حميدة لها مثل درجة الحرارة المحيطة، والضغط، والماء كمذيب، والتي هي شروط لتشكيل مركب الطبيعية 54. في هذه الدراسة أننا تقريرا عن متعدد الطبقات تراكم مكونات الخشب التأسيسية، وهي سيليلوز microfibrils من tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) الأكسدة بوساطة من اللب واللجنين معزولة في الأفلام رقائقي قائمة بذاتها. وتستخدم اثنين يغنينس مختلفة من تقنيات الاستخراج مختلفة، واحدة في اللجنين التقنية من سrganosolv عملية فصل الألياف، والآخر اللجنين معزولة عن الكرة طحن مع أقل التعديل خلال العزلة. يتم الجمع بين هذه المركبات مع متضاعف الكتروليتي الاصطناعية في هذه الدراسة الأولية لإثبات جدوى صنع الأفلام مستقرة قائمة بذاتها مع بنية مماثلة لجدار الخلية الأم.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. Nanofibrillated السليلوز إعداد 55

  1. إعداد 3 L ثلاث رقبات قارورة مع 2 لتر ماء منزوع الأيونات، وهو النمام النفقات العامة، ودرجة الحموضة التحقيق.
  2. 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.
    1. مزيج من الألياف اللب مع النمام في سماء المنطقة حتى يتم فرقت الألياف ويمكن رؤية أي المجاميع في رد الفعل.
      ملاحظة: التشتت يمكن بمساعدة من مزج الطين في الماء قبل إضافة اللب إلى 3 L القارورة.
  3. بدء الأكسدة بإضافة ببطء حل 12٪ من هيبوكلوريت الصوديوم (NaClO، 51.4 مل، 5 مليمول غرام من السليلوز في المائة) إلى خليط التفاعل.
    ملاحظة: للحصول على الاتساق في جميع أنحاء رد فعل، واستخدام ضخ حقنة لتسليم NaClO بمعدل حقن 1.5 مل / دقيقة.
  4. ملء واي حقنة الثانيال هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم، 0.5 M) ويدويا متر الحل القلوي في قارورة الإفلات من الحكمة للحفاظ على درجة الحموضة في 10 ± 0.2.
  5. رصد التغير في الرقم الهيدروجيني مع الوقت ومرة ​​واحدة تتأكسد جميع مجموعات الهيدروكسيل يمكن الوصول إليها على السليلوز درجة الحموضة لن تنخفض وردود الفعل كاملة.
  6. إضافة ETOH الزائدة تستهلك المتبقية NaClO. وحوالي 6 مل من 200 دليلا ETOH تستهلك كل 100 ملمول من NaClO الأصلي.
  7. تصفية وغسل الألياف المؤكسد جيدا بالماء النقي لإزالة الكواشف حتى الرقم الهيدروجيني محايدة. استخدام جهاز للطرد المركزي سلة أو بعض الأجهزة مثل الترشيح قمع بوخنر لاسترداد الألياف. تخزين الألياف في 4 درجات مئوية حتى استخدامها مرة أخرى.
    ملاحظة: عند الانتهاء من التجربة، يجب أن يكون محتوى الألياف حمض الكربوكسيلية، على النحو الذي يحدده المعايرة توصيلية، بين 1،0-1،5 مليمول لكل غرام من الألياف. يجب أن يكون هناك اختلاف بسيط في مظهر من الألياف بعد أكسدة TEMPO.
  8. إنشاء 3٪ (ث / ت، على أساس الوزن الجاف) من الطين وتيرة أكسدة اللب ومزيج في الخلاط حتى يصبح المتحاربة الطين اللزج وشفرات بدء الغزل في الهواء بسبب التبلور من التعليق.
    ملاحظة: تركيزات السفلى لا تعمل بشكل فعال لfibrillate السليلوز.
    1. تمييع الطين المخلوطة إلى 0.1٪ (ث / ت) ومواصلة مزج حتى يصبح التعليق شفافة.

2. طبقة تلو طبقة ترسب السينمائي للتجارب QCM-D

  1. تحضير المحاليل المائية التالية وضبط كل حل مع هيدروكسيد الصوديوم 0.1 M إلى الرقم الهيدروجيني من 10.5: حل العازلة المائية (المياه وهيدروكسيد الصوديوم)؛ 0.5٪ (ث / ت) محلول مائي من كلوريد polydiallyldimethylammonium (PDDA)؛ و 0.01٪ (ث / ت) اللجنين. ضبط الرقم الهيدروجيني للتعليق NFC 0.1٪ إلى 8.0.
    ملاحظة: تم رفع الرقم الهيدروجيني لهذه التجارب لأنها أظهرت في وقت سابق ان اللجنين تمتز في حالة أقل مجمعة في درجة الحموضة القلوية 56.
  2. نظيفبلورة الكوارتز المغلفة بالذهب التالية مصنعين توصية باستخدام محلول قاعدة سمكة البيرانا [تنبيه] (3:1 تتركز NH 4 OH: H 2 O 2 عند 60 درجة مئوية) لمدة 10 دقيقة.
    1. شطف مع بلورات الماء النقى ضربة الجافة في تيار من N 2، وإدراج فورا في الخلية الكوارتز الكريستال تدفق توازن دقيق لتجنب التلوث من الجو.
  3. تمرير العازلة من خلال خلية تدفق الحصول على استجابة خط الأساس من الكريستال صدى تتعرض لالسائل.
    1. إيداع طبقة من PDDA على بلورة الكوارتز من خلال تعريض الكريستال الكوارتز إلى حل PDDA لمدة 5 دقائق.
    2. بعد 5 دقائق التبديل إلى حل العازلة.
      ملاحظة: هذه العملية في الخطوة 2.3 يخلق استجابة طبقة واحدة حيث يمكن تحديد كمية البوليمر المودعة دون تأثير اللزوجة حل البوليمر.
    3. تكرار الامتزاز من البوليمرات الأخرى في التسلسل التالي مع ص العازلةINSE بين كل خطوة: PDDA (+) (الخطوة 2.3.1)؛ اللجنين (-)؛ PDDA (+)؛ وNFC (-). تكرار 4X دورة لإيداع 16 مجموع طبقات من البوليمرات والجسيمات النانوية.

3. طبقة تلو طبقة ترسب السينمائي لفؤاد وEllipsometry التجارب

  1. الغراء قرص دائري من الميكا إلى شريحة المجهر والزجاج باستخدام الايبوكسي لاصقة سريعة. بعد علاج لاصقة، ونعلق قطعة من الشريط إلى قرص الميكا. قشر الشريط بعيدا مما تسبب في سطح الميكا ليلتصق.
    1. تنظيف رقاقة السيليكون مع حمض سمكة البيرانا [تنبيه] (3:1 H 2 SO 4: H 2 O 2) لمدة 20 دقيقة تليها الشطف كبيرة في المياه قبل طبقة الترسيب.
  2. مع حلول أعد في 2.1، وتراجع إما الميكا المشقوق حديثا التي يتم تركيبها على شريحة زجاجية أو رقاقة السيليكون تنظيفها حديثا في كل حل باتباع نفس تسلسل البروتوكول المبينة في 2.3.3.
    ملاحظة: هذه التقنية سوف تخلق طبقات من بوlymers على كل من هذه الأسطح التي يمكن إدراجها في فؤاد أو ellipsometer، على التوالي.
  3. صورة طبقات المودعة لدى مجهر القوة الذرية. استخدام وضع اتصال متقطع والكابولي مع دائرة نصف قطرها 10 نانومتر نصائح السيليكون (ربيع ثابت 42 نيوتن / متر) عند جمع الصور من العينة. تعيين حجم المسح الضوئي إلى 2.5 × 2.5 ميكرون، وأشر المسح كما 512 ومكاسب لا يتجزأ من 10 إلى جمع الصور عينة محددة.
  4. لقياس سمك طبقات مع فؤاد من الأفلام LBL المجففة، واستخدام البلاستيك اللين ماصة طرف وندبة خط عبر السطح من الأفلام LBL استعداد على سطح الميكا.
  5. الأفلام إيداع LBL لقياس ellipsometry على رقائق السليكون. قياس سمك الفيلم الجاف مع مرحلة التضمين ellipsometer في طول موجة من 632.8 نانومتر باستخدام زاوية متعددة من وضع الإصابة. تختلف الزوايا بين 85 ° و 65 ° ° 1 في فترات.

4. إعداد الحرة يقف LBL السينمائي

  1. قطع ل25.4 X 7.6 ملم مستطيل من خلات السليلوز (CA) فيلم (DS 2.5) وهذا هو 0.13 مم ونعلق على ذراع قحافة الآلي.
    ملاحظة: خلات السليلوز من DS 3.0 غير قابل للذوبان في الأسيتون ذلك يفضل DS 2.5 لاسترداد الأفلام الطبقات.
  2. ملء كل كوب 500 مل مع حلول PDDA، اللجنين، وnanocellulose وفقا لتركيز ودرجة الحموضة في الخطوة 2.1.
    1. ملء ثلاثة أكواب إضافية مع العازلة مائي لاستخدام كحل شطف لكل دورة الترسيب.
    2. برمجة الذراع قحافة المضي قدما في نفس تسلسل كما ورد في 2.3.3.
      ملاحظة: من المهم لاستخدام الحل شطف مختلفة بعد كل حل البوليمر منها لأنه في عملية طبقة تلو طبقة، بعض البوليمر التي لم يتم بإحكام على السطح سوف تمج. التلوث العرضي للحلول شطف يسبب بسرعة هطول المجمعات متضاعف الكتروليتي، والتي يمكن أن يمتص ب "عيوب" على سطح الفيلم.
  3. تغيير الحلول فيدورق خلال 250 دورات بشكل دوري لأنها تبدأ في الظهور غائم بسبب المجمعات الغروية. خيار هو لأتمتة تجديد الحل باستخدام مضخة تحوي على تقديم حل جديد أو المخزن المؤقت لالبولي فينيل (PVC) حاويات مصنوعة خصيصا مع مداخل ومنافذ البيع.
    ملاحظة: حلول المهتاج في حاويات تساعد على تعزيز نشر من polyelectrolytes إلى السطح.
  4. تقليم بعناية حواف العينة المجففة مع مقص تعريض حافة CA ووضع في طبق بتري الزجاجية المغطاة مليئة الأسيتون لإذابة CA.
    ملاحظة: يتم عزل اثنين من الأفلام بعد هذه التجربة من الجبهة ومساعدات من CA.
  5. نقع الأفلام معزولة في الأسيتون لمدة 24 ساعة وشطف الأفلام مرارا وتكرارا مع الأسيتون لتعظيم إزالة CA المتبقية.

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

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
تبرع لب الكبريتاتWeyerhaeuserبمستوى سطوع 88٪
اللجنين العضويسيجما ألدريتش371017توقف
اللجنين الخشبي المطحون بالخشب الصلبانظر المرجع في الورق
Polydiallyldimethylammonium كلوريدSigma Aldrich409022Mn = 7.2 × 104< / sup> ، Mw = 2.4 × 105< / sup>
2،2،6،6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO)Sigma Aldrich214000الأكسدة الحفازة للكحول الأولي إلى الألدهيدات بنقاء 98٪ ، الوزن الجزيئي 156.25 جم / مول
بروميد الصوديومSigma AldrichS4547نقاء & ge ؛ 99.0٪ ، الوزن الجزيئي 102.89
هيبوكلوريت الصوديومسيجما ألدريتشدرجةكاشف 425044 ، الكلور المتاح 10 ~ 15٪ ، الوزن الجزيئي 74.44 جم / مول
هيدروكسيد الصوديومVWRBDH7221-40.5 نيوتن محلول مائي ، كثافة 1.02 جم / مل ، الوزن الجزيئي 40 جم / مول
هيدروكسيد الصوديومAcros OrganicsAC12419-00100.1 N محلول مائي ، ثقل نوعي 1.0 جم / مل ، الوزن الجزيئي 40 جم / مول
هيدروكسيد الأمونيومAcros OrganicsAC39003-0025محلول 25٪ في الماء ، درجة الحموضة 13.6 ، الكثافة 0.89 ، الوزن الجزيئي 35.04 جم / مول
بيروكسيد الهيدروجينفيشر ScientificH325-10030.0 ~ 32.0٪ معتمد ACS ، درجة الحموضة 3.3 ، الكثافة 1.11
صفائح الميكاTED PellaNC9655733Pelco ، درجة V5 ، 10 × 40 مم ، 23 مم T ، الحد الأدنى من الهواء والفقاعات ، حمض
الكبريتيك نظيف جدافيشر ScientificA300-21295.0 ~ 98.0 w / w ٪ ، معتمد ACS plus ، الوزن الجزيئي 98.08 جم / مول
أسيتات السليلوزماكماستر كار8564K44درجة الاستبدال 2.5
مختبراتالإيثانول04-355-223200 دليل (100٪) ، USP
[header]
AcetoneFisher ScientificA18-4نقاء & GE 99.5٪ ، درجة كاشف ACS معتمدة ، كثافة 0.79 جم / مل ، الوزن الجزيئي 58.08 جم / مول
مضخة حقنة552226 جهاز هارفارد22 تسريب / سحب مع حامل حقنة قياسي ، معدل التدفق 0.002 & # 956 ؛ لتر / ساعة ~ 55.1 مل / دقيقة
نظام تنقية المياه Mill-QEMD MilliporeD3-UVDirect-Q ، الأشعة فوق البنفسجية ، الموصلية للمياه 18.5 M & Omega ؛ · سم مع 20 لتر مقياس
الأس الهيدروجينيMettler ToledoSeverMulti
BalanceMettler ToledoAB135-Sدقة 0.1 مجم
مجهر القوة الذريةأبحاث اللجوءMFP-3D ، مجهر الفلورسنت الأولمبي مرحلة
مقياس القطع الناقصBeaglehole Instruments
أجهزة الطرد المركزي الأليافسلة غير معروفة نمط الطرد المركزي
Waring خلاطWaringالتجارية
بالموجات فوق الصوتية المعالجسونيكسسونيكس 750 واط ، الضميمة الصوتية
الكوارتز الكريستال microbalance مع مراقبة التبديد (QCM-D)Q-Sense Inc.تقيس E4التردد الأساسي ل 5 ميجاهرتز ، وتراقب النغمات / التوافقيات للأرقام الفردية من 3 ~ 13 ، واستخدم بلورات الكوارتز الكهرضغطية المطلية بالذهب ذراع
قحافة آليLynxmotion
ديكون مضخة للخزان

المراجع

  1. 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).
  2. Terashima, N., Fukushima, K., He, L. F., Takabe, K. Forage cell wall structure and digestibity. American Society of Agronomy. , 247-270 (1993).
  3. Himmel, M. E., et al. Biomass Recalcitrance: Engineering Plants and Enzymes for Biofuels Production. Science. 315, 804-807 (2007).
  4. Terashima, N., et al. Nanostructural assembly of cellulose, hemicellulose, and lignin in the middle layer of secondary wall of ginkgo tracheid. J. Wood. Sci. 55, 409-416 (2009).
  5. Fahlén, J., Salmén, L. Pore and Matrix Distribution in the Fiber Wall Revealed by Atomic Force Microscopy and Image Analysis. Biomacromolecules. 6, 433-438 (2005).
  6. Baer, E., et al. Biological and synthetic hierarchical composites. Phys. Today. 45, 60-67 (1992).
  7. Tirrell, D. A., Aksay, I., Baer, E., Calvert, P. D., Cappello, J., Dimarzio, E. A., Evans, E. A., Fessler, J. Hierarchical structures in biology as a guide for new materials technology. National Academy of Sciences. , Washington DC. (1994).
  8. Fengel, D., Wegener, G. Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. , (1984).
  9. Santa-Maria, M., Jeoh, T. Molecular-Scale Investigations of Cellulose Microstructure during Enzymatic Hydrolysis. Biomacromolecules. 11, 2000-2007 (2010).
  10. Saar, B. G., et al. Label-free, real-time monitoring of biomass processing with stimulated Raman scattering microscopy. Angew. Chem. Int. Edit. 49, 5476-5479 (2010).
  11. Schmidt, M., et al. Label-free in situ imaging of lignification in the cell wall of low lignin transgenic Populus trichocarpa. Planta. 230, 589-597 (2009).
  12. Ding, S. -Y., Himmel, M. E. The maize primary cell wall microfibril: a new model derived from direct visualization. J. Agricul. Food Chem. 54, 597-606 (2006).
  13. Turon, X., et al. Enzymatic kinetics of cellulose hydrolysis: a QCM-D study. Langmuir. 24, 3880-3887 (2008).
  14. Dammströem, S., et al. On the interactions between cellulose and xylan, a biomimetic simulation of the hardwood cell wall. BioResources. 4, 3-14 (2009).
  15. Barakat, A., et al. Studies of xylan interactions and cross-linking to synthetic lignins formed by bulk and end-wise polymerization: a model study of lignin carbohydrate complex formation. Planta. 226, 267-281 (2007).
  16. Micic, M., et al. Study of the lignin model compound supramolecular structure by combination of near-field scanning optical microscopy and atomic force microscopy. Colloids Surf. B Biointerfaces. 34, 33-40 (2004).
  17. Li, Z., et al. Nanocomposites prepared by in situ enzymatic polymerization of phenol with TEMPO-oxidized nanocellulose. Cellulose. 17, 57-68 (2010).
  18. Gradwell, S. E., et al. Surface modification of cellulose fibers: towards wood composites by biomimetics. C. R. Biologies. 327, 945-953 (2004).
  19. Kaya, A., et al. Surface plasmon resonance studies of pullulan and pullulan cinnamate adsorption onto cellulose. Biomacromolecules. 10, 2451-2459 (2009).
  20. Gustafsson, E., et al. Direct adhesive measurements between wood biopolymer model surfaces. Biomacromolecules. 13, 3046-3053 (2012).
  21. Karabulut, E., Wagberg, L. Design and characterization of cellulose nanofibril-based freestanding films prepared by layer-by-layer deposition technique. Soft Matter. 7, 3467-3474 (2011).
  22. Decher, G., Hong, J. D. Buildup of ultrathin multilayer films by a self-assembly process: II. consecutive adsorption of anionic and cationic bipolar amphiphiles and polyelectrolytes on charged surfaces. Ber. Bunsen. Phys. Chem. 95, 1430-1434 (1991).
  23. Decher, G. Fuzzy nanoassemblies: toward layered polymeric multicomposites. Science. 277, 1232 (1997).
  24. Hammond, P. T. Form and function in multilayer assembly: new applications at the nanoscale. Adv. Mater. 16, 1271-1293 (2004).
  25. Decher, G., Schlenoff, J. B. Multilayer thin films- sequential assembly of nanocomposite materials. , Wiley-VCH. Weinheim. (2003).
  26. Mamedov, A. A., Kotov, N. A. Free-standing layer-by-layer assembled films of magnetite nanoparticles. Langmuir. 16, 5530-5533 (2000).
  27. Mamedov, A. A., et al. Molecular design of strong single-wall carbon nanotube/polyelectrolyte multilayer composites. Nat. Mater. 1, 257-257 (2002).
  28. Podsiadlo, P., et al. Fusion of seashell nacre and marine bioadhesive analogs: high-strength nanocomposite by layer-by-layer assembly of clay and L-3,4-dihydroxyphenylalanine polymer. Adv. Mater. 19, 949-955 (2007).
  29. Podsiadlo, P., et al. Ultrastrong and stiff layered polymer nanocomposites. Science. 318, 80-83 (2007).
  30. Podsiadlo, P., et al. Can nature's design be improved upon? High strength, transparent nacre-like nanocomposites with double network of sacrificial cross links. J. Phys. Chem. B. 112, 14359-14363 (2008).
  31. Becker, A. L., et al. Layer-by-layer-assembled capsules and films for therapeutic delivery. Small. 6 (17), (2010).
  32. Taylor, A. D., et al. Fuel cell membrane electrode assemblies fabricated by layer-by-layer electrostatic self-assembly techniques. Adv. Funct. Mater. 18, 3003-3009 (2008).
  33. Ashcraft, J. N., et al. Structure-property studies of highly conductive layer-by-layer assembled membranes for fuel cell PEM applications. J. Mater. Chem. 20, 6250-6257 (2010).
  34. Lee, S. W., et al. High-power lithium batteries from functionalized carbon-nanotube electrodes. Nat. Nano. 5, 531-537 (2010).
  35. Eriksson, M., et al. The influence on paper strength properties when building multilayers of weak polyelectrolytes onto wood fibres. J. Colloid Interf. Sci. 292, 38-45 (2005).
  36. Lvov, Y. M., et al. Dry and wet strength of paper: layer-by-layer nanocoating of mill broken fibers for improved paper. 21, 552-557 (2006).
  37. Lin, Z., et al. Nanocomposite-based lignocellulosic fibers 1. Thermal stability of modified fibers with clay-polyelectrolyte multilayers. Cellulose. 15, 333-346 (2008).
  38. Cranston, E. D., Gray, D. G., Barrett, C. J. Abstracts; 32nd Northeast Regional Meeting of the American Chemical Society. , Rochester, NY. (2004).
  39. Podsiadlo, P., et al. Molecularly engineered nanocomposites: layer-by-layer assembly of cellulose nanocrystals. Biomacromolecules. 6, 2914-2918 (2005).
  40. Cranston, E. D., Gray, D. G. Formation of cellulose-based electrostatic layer-by-layer films in a magnetic field. Sci. Tech. Adv. Mater. 7, 319-321 (2006).
  41. Cranston, E. D., Gray, D. G. Morphological and optical characterization of polyelectrolyte multilayers incorporating nanocrystalline cellulose. Biomacromolecules. 7, 2522-2530 (2006).
  42. Jean, B., et al. Structural details of cellulose nanocrystals/polyelectrolytes multilayers probed by neutron reflectivity and AFM. Langmuir. 24, 3452-3458 (2008).
  43. Renneckar, S., Zink-Sharp, A., Esker Alan, R., Johnson Richard, K., Glasser Wolfgang, G. Cellulose Nanocomposites. ACS Symposium Series. , 78-96 (2006).
  44. Podsiadlo, P., et al. Layer-by-layer assembled films of cellulose nanowires with antireflective properties. Langmuir. 23, 7901-7906 (2007).
  45. Jean, B., et al. Non-electrostatic building of biomimetic cellulose-xyloglucan multilayers. Langmuir. 25, 3920-3923 (2009).
  46. de Mesquita, J. P., et al. Biobased nanocomposites from layer-by-layer assembly of cellulose nanowhiskers with chitosan. Biomacromolecules. 11, 473-480 (2010).
  47. Wågberg, L., et al. The build-up of polyelectrolyte multilayers of microfibrillated cellulose and cationic polyelectrolytes. Langmuir. 24, 784-795 (2008).
  48. Aulin, C., et al. Buildup of polyelectrolyte multilayers of polyethyleneimine and microfibrillated cellulose studied by in situ dual-polarization interferometry and quartz crystal microbalance with dissipation. Langmuir. 24, 2509-2518 (2008).
  49. Aulin, C., et al. Self-organized films from cellulose I nanofibrils using the layer-by-layer technique. Biomacromolecules. 11, 872-882 (2010).
  50. Azizi Samir, M. A., et al. Review of recent research into cellulosic whiskers, their properties and their application in nanocomposite field. Biomacromolecules. 6, 612-626 (2005).
  51. Siró, I., Plackett, D. Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials: a review. Cellulose. 17, 459-494 (2010).
  52. Eichhorn, S., et al. Review: current international research into cellulose nanofibres and nanocomposites. J. Mat. Sci. 45, 1-33 (2010).
  53. Habibi, Y., et al. Cellulose nanocrystals: chemistry, self-assembly, and applications. Chem. Rev. 110, 3479 (2010).
  54. Teeri, T. T., et al. Biomimetic engineering of cellulose-based materials. Trends Biotechnol. 25, 299-306 (2007).
  55. Saito, T., et al. Homogeneous suspensions of individualized microfibrils from TEMPO-catalyzed oxidation of native cellulose. Biomacromolecules. 7, 1687-1691 (2006).
  56. Pillai, K. V., Renneckar, S. Cation-π Interactions as a Mechanism in Technical Lignin Adsorption to Cationic Surfaces. Biomacromolecules. 10, 798-804 (2009).
  57. Notley, S. M., Norgren, M. Adsorption of a strong polyelectrolyte to model lignin surfaces. Biomacromolecules. 9, 2081-2086 (2008).
  58. Aulin, C., et al. Buildup of polyelectrolyte multilayers of polyethyleneimine and microfibrillated cellulose studied by in situ dual-polarization interferometry and quartz crystal microbalance with dissipation. Langmuir. 24, 2509-2518 (2008).
  59. Argun, A. A., et al. Highly conductive, methanol resistant polyelectrolyte multilayers. Adv. Mater. 20, 1539-1543 (2008).
  60. Li, Q., Renneckar, S. Molecularly thin nanoparticles from cellulose: isolation of sub-microfibrillar structures. Cellulose. 16, 1025-1032 (2009).
  61. Höök, F., et al. Variations in coupled water, viscoelastic properties, and film thickness of a Mefp-1 protein film during adsorption and cross-linking: a auartz crystal microbalance with dissipation monitoring, ellipsometry, and surface plasmon resonance study. Anal. Chem. 73, 5796-5804 (2001).
  62. Naderi, A., Claesson, P. M. Adsorption properties of polyelectrolyte-surfactant complexes on hydrophobic surfaces studied by QCM-D. Langmuir. 22, 7639-7645 (2006).
  63. Kaufman, E. D., et al. Probing protein adsorption onto mercaptoundecanoic acid stabilized gold nanoparticles and surfaces by quartz crystal microbalance and z-potential measurements. Langmuir. 23, 6053-6062 (2007).
  64. Glasser, W. G., Barnett, C. A., Sano, Y. Classification of lignins with different genetic and industrial origins. J. Appl. Polym. Sci.: Appl. Polym. Symp. , (1983).
  65. Van de Steeg, H. G. M., et al. Polyelectrolyte adsorption: a subtle balance of forces. Langmuir. 8, 2538-2546 (1992).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

استكشف المزيد من المقالات

التجميع طبقة تلو الأخرىميزان البلورة الدقيقة الكوارتزيةمجهر القوة الذريةالمجهر الإلكتروني الماسحمركبات البوليمر النانويةركيزة أسيتات السليلوزإلكتروليت البوليمر PDDA
نحو Biomimicking الخشب: أفلام التجهيز الحرة الدائمة للNanocellulose، اللجنين، وPolycation الاصطناعية
تواصل معنا
أوصِ به للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

حقوق الطبع والنشر © 2026 MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.