تصف هذه الدراسة طريقة لتوسيع الكيتين إلى رغوة بواسطة التقنيات الكيميائية التي لا تتطلب معدات متخصصة.
مقالة منهجية
تصف هذه الدراسة طريقة لتوسيع الكيتين إلى رغوة بواسطة التقنيات الكيميائية التي لا تتطلب معدات متخصصة.
تشيتين هو ناقص الاستغلال، وفيرة بشكل طبيعي، قوية ميكانيكيا، ومقاومة كيميائيا البوليمر الحيوي. هذه الصفات مرغوبة في المواد الماصة ، ولكن التشيتين يفتقر إلى المساحة السطحية المحددة اللازمة ، ويشمل تعديله تقنيات ومعدات متخصصة. هنا يوصف إجراء كيميائي جديد لتوسيع رقائق الكيتين ، المستمدة من نفايات قشرة الروبيان ، إلى رغاوي ذات مساحة سطحية أعلى. تعتمد العملية على تطور غاز H2 من تفاعل الماء مع NaH المحاصرين في هلام تشيتين. طريقة التحضير لا تتطلب معدات متخصصة. يشير حيود الأشعة السينية المسحوق و N2-physisorption إلى أن حجم البلورات ينخفض من 6.6 نانومتر إلى 4.4 نانومتر وتزداد المساحة السطحية المحددة من 12.6 ± 2.1 متر2/ جم إلى 73.9 ± 0.2 متر2/ جم. ومع ذلك، التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء والتحليل الحراري تشير إلى أن العملية لا تغير الهوية الكيميائية للتشيتين. زيادة قدرة الامتزاز Cu محددة من الكيتين الموسعة في نسبة إلى مساحة سطح محددة من 13.8 ± 2.9 ملغ / غرام إلى 73.1 ± 2.0 ملغ / غرام. ومع ذلك ، فإن قدرة الامتزاز Cu ككثافة سطحية لا تزال ثابتة نسبيا بمعدل 10.1 ± 0.8 ذرة / نانومتر2، مما يشير مرة أخرى إلى عدم حدوث أي تغيير في الهوية الكيميائية للكيتين. توفر هذه الطريقة وسائل لتحويل الكيتين إلى مادة أعلى مساحة السطح دون التضحية خصائصه المرغوبة. على الرغم من أن رغوة التشيتين توصف هنا بأنها مادة ماصة ، إلا أنه يمكن تصورها كدعم محفز ، عازل حراري ، ومواد هيكلية.
تشيتين هو البوليمر الحيوي قوية ميكانيكيا والمواد الكيميائية الخاملة، والثانية بعد السليلوز في وفرة الطبيعية1. وهو العنصر الرئيسي في الهيكل الخارجي للمفصليات وفي جدران الخلية من الفطريات والخميرة2. تشيتين يشبه السليلوز، ولكن مع مجموعة هيدروكسيل واحدة من كل مونومر استبدالها مع مجموعة أمين أسيتيل(الشكل 1A،B). هذا الفرق يزيد من قوة الترابط الهيدروجين بين سلاسل البوليمر المجاورة ويعطي تشيتين مرونتها الهيكلية المميزة وقصور الكيميائية2،3. نظرا لخصائصه ووفرة، وقد اجتذب تشيتين اهتماما صناعيا وأكاديميا كبيرا. وقد درس كبقالة لنمو الأنسجة4،5،6، كمكون في المواد المركبة7،8،9،10،11، وكدعم للممتزات والمحفزات11،12،13،14. استقرارها الكيميائي، على وجه الخصوص، يجعل الكيتين جذابة لتطبيقات الامتزاز التي تنطوي على ظروف غير مضيافة للممتزات الشائعة14. وبالإضافة إلى ذلك، وفرة من مجموعات الأمين جعل الكيتين الممتزات فعالة لأيونات معدنية15. ومع ذلك ، فإن بروتونات مجموعات الأمين في ظل ظروف حمضية تقلل من قدرة الامتزاز المعدني للكيتين16. استراتيجية ناجحة هي إدخال مواقع الامتزاز أكثر مقاومة للبروتونات17،18. بدلا من ذلك ، يتم وصف هذه الطريقة البسيطة لزيادة مساحة سطح محددة ، وبالتالي ، عدد مواقع الامتزاز في التشيتين.

الشكل 1. التركيب الكيميائي. (أ) السليلوز، (ب) تشيتين، (ج) chitosan. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
على الرغم من استخداماته المحتملة العديدة ، فإن الكيتين غير مستغل بشكل صحيح. معالجة تشيتين صعبة بسبب قابليتها للذوبان منخفضة في معظم المذيبات. أحد القيود الرئيسية لاستخدامه في الحفز وامتزاز هو مساحة سطحه منخفضة محددة. في حين أن الكربون النموذجي وأكسيد المعادن يدعم لها مساحات سطحية محددة في النظام 102-103 م2/ ز، رقائق تشيتين التجارية لديها مساحات سطحية في ترتيب 10 م2/ ز19،20،21. طرق لتوسيع الكيتين في الرغاوي موجودة، لكنها تعتمد دائما على ارتفاع درجة الحرارة والضغط، والأحماض القوية والقواعد، أو المعدات المتخصصة التي تمثل حاجز دخول كبير5،21،22،23،24،25. وبالإضافة إلى ذلك، فإن هذه الأساليب تميل إلى إزالة الكوليسترول تشيتين لتشكيل الشيتوزان (الشكل 1C)-A البوليمر الحيوي أكثر قابلة للذوبان والتفاعل5،25،26.
هنا، يوصف طريقة لتوسيع الكيتين إلى رغاوي صلبة، وزيادة مساحة سطح محددة والقدرة على الامتزاز، والحفاظ على سلامتها الكيميائية. تعتمد الطريقة على التطور السريع للغاز من داخل هلام الكيتين ولا تتطلب معدات متخصصة. ويتجلى زيادة القدرة على الامتزاز من تشيتين الموسعة مع Cu2 +مائي - ملوث شائع في المياه الجوفية المحلية26.
| وحدة | أنيق فليك | رغوة مخبوزة | رغوة الليوفيلي | |
| كريستاللينيتي | % | 88 | 74 | 58 |
| حجم الكريستال | نانومتر | 6.5 | 4.4 | 4.4 |
| المساحه | m2/g | 12.6 ± 2.1 | 43.1 ± 0.2 | 73.9 ± 0.2 |
| كو امتصاص | ملغم/غرام | 13.8 ± 2.9 | 48.6 ± 1.9 | 73.1 ± 2.0 |
| كو امتصاص | ذرة/ نانومتر2 | 10.5 ± 2.8 | 10.7 ± 0.4 | 9.4 ± 0.3 |
الجدول 1 - الجداول ملخص خصائص المواد. رغاوي تشيتين لديها بلورة أقل وحجم الكريستال بالنسبة رقائق تشيتين أنيق. ومع ذلك ، فإن مساحة السطح المحددة وإقبال Cu على رغاوي الكيتين أعلى نسبيا من رقائق الكيتين الأنيقة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
1. إعداد تشيتين الموسعة

الشكل 2. إعداد رغوة تشيتين الموسعة. (أ) التشيتين الأولي في حل LiCl / DMAc. (ب) إضافة الطين NaH / DMAc. (ج) رغوة الكيتين بعد إضافة الماء. (د) رغوة الكيتين كما المستخرجة من قارورة رد الفعل. رغوةالكيتين أثناء الغسيل بالماء. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
2. تطوير الإمزازات
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
التشيتين الموسع يظهر نفس مورفولوجيا بغض النظر عن طريقة التجفيف. الشكل 3 يظهر صورا من رقائق تشيتين أنيق (الشكل 3A1), الفرن المجففة الموسعة تشيتين (الشكل 3B1), وlyophilized الموسعة تشيتين (الشكل 3C3). في حين أن رقائق أنيق لها مظهر الرمال الخشنة، ورغوة تشيتين الموسعة لديه مظهر نواة من الذرة برزت. مسح الصور المجهرية الإلكترونية تظهر تغييرا مماثلا على نطاقات أصغر. في حين أن رقائق تشيتين أنيق (
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الطريقة المقترحة لتصنيع رغوة الشيتين تسمح بإنتاج هذه الرغاوي دون الحاجة إلى معدات أو تقنيات متخصصة. إنتاج رغوة الكيتين يعتمد على تعليق هيدريد الصوديوم داخل تشيتين سول هلام. الاتصال بالماء من الغلاف الجوي يحفز التبلور من مصفوفة التشيتين وتطور غاز الهيدروجين عن طريق تحلل هيدريد الصوديوم. لذلك ، فإن الخطوات الحاسمة للتحضير هي (1) تشكيل سول جل ، (2) إدخال هيدريد الصوديوم في ظروف لا يمائية ، و (3) رد فعل الماء في الغلاف الجوي مع تعليق تشيتين سول جل وهيدريد الصوديوم.
وهناك قيدان مهمان ينشأان عن الخط...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
وليس لدى صاحبي البلاغ ما يكشفان عنه.
وقد أشرف على البحث مختبر بحوث الجيش التابع لقيادة تطوير القدرات القتالية (الاتفاق التعاوني رقم W911NF-15-2-0020). أي آراء أو نتائج أو استنتاجات أو توصيات يتم التعبير عنها في هذه المواد هي آراء المؤلفين ولا تعكس بالضرورة وجهات نظر مختبر أبحاث الجيش.
نشكر مركز معالجة المواد المتقدمة (CAMP) في جامعة مونتانا التكنولوجية على استخدام بعض المعدات المتخصصة المطلوبة في هذه الدراسة. كما نشكر غاري ويس ونانسي أوير وريك لادوكور وجون كيرتلي وكاثرين زودرو على المساعدة التقنية والمناقشات المفيدة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| بيكربونات الأمونيوم | سيجما ألدريتش | 9830 | NH4HCO3 ، & ge ؛ 99.5 |
| Chitin | Sigma-Aldrich | C7170 | Pandalus borealis ، مقياس الألوان من الدرجة العملية |
| Hanna Instruments | HI83399-01 | مقياس ضوئي لتحليل مياه الصرف | |
| الصحي مدقق النحاس عالي | المدى Hanna Instruments | HI702 | Bicinchoninate المعايرة بالتحليل اللوني |
| هيدرات نترات النحاس ؛ | سيجما ألدريتش | 223395 | النحاس (NO3) 2 & middot ؛ 2.5 H2O ، 98٪ |
| ثنائي ميثيل أسيتاميد (DMAc) | سيجما ألدريتش | 271012 | اللامائي ، 99.8 |
| مقياس الطيف الضوئي بالأشعة تحت | Thermo Nicolet | Nexus 670 | مزود بخلية ATR |
| كلوريد الليثيوم | سيجما ألدريتش | 310468 | LiCl ، > 99 |
| N2 جهاز Physisorption | Micromeritics | Tristar II | |
| حمض النيتريك | BDH | BDH7208-1 | HNO3 ، 0.1 N |
| مجهر إلكتروني ماسح | Zeiss LEO | 1430 VP | 15 كيلو فولت ، كاشف الإلكترون الثانوي ، مسافة عمل 29-31 مم |
| هيدريد الصوديوم | سيجما ألدريتش | 223441 | هيدروكسيد هيدروكسيوم ، معبأة في زيت معدني ، 90٪ |
| القياس الحراري الوزني محلل | TA Instruments | Q500 | 100 مل / دقيقة N2 ، 10 & درجة ؛ C / دقيقة إلى 800 درجة ؛ نظام |
| تنقية المياه | C Millipore | Milli-Q | نوع A الماء (18 M & Omega;) |
| مقياس حيود الأشعة السينية | Rigaku | Ultima IV | Cu K- & alpha الإشعاع ، 8.04 كيلو فولت |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن