Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Richting biomimetische Hout: Fabricated Vrijstaande Films van nanocellulose, Lignine, en een synthetische polycation

16.3K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/51257

⸱

17 juni 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

In dit artikel

Samenvatting

Het doel van dit onderzoek was om synthetische plantencelwand weefsel te vormen met behulp van laag-voor-laag assemblage van nanocellulose fibrillen en geïsoleerde lignine samengesteld uit verdunde waterige suspensies. Oppervlakte meettechnieken kwartskristal microbalans en atomic force microscopie werden gebruikt om de vorming van de polymeer-polymeer nanocomposiet controleren.

Samenvatting

Houtachtige materialen bestaan ​​uit plantaardige celwanden dat een gelaagde secundaire celwand bestaat uit structurele polymeren van polysacchariden en lignine bevatten. Laag-voor-laag (LBL) assemblage proces dat berust op de assemblage van tegengesteld geladen moleculen uit waterige oplossingen werd gebruikt om een ​​vrijstaande samengestelde film van geïsoleerde hout polymeren van lignine en geoxideerde nanofibril cellulose (NFC) te bouwen. De montage van deze negatief geladen polymeren vergemakkelijken, een positief geladen polyelektrolyt, poly (diallyldimethylammomium chloride) (PDDA), werd gebruikt als een verbindende laag om deze vereenvoudigde celwand model. De gelaagde adsorptieproces werd kwantitatief bestudeerd met behulp kwartskristalmicrobalans met dissipatie controle (QCM-D) en ellipsometrie. De resultaten toonden aan dat laag gewicht / dikte per geadsorbeerde laag verhoogd als functie van het totale aantal lagen. De oppervlaktebedekking van het geadsorbeerde lagen werd onderzocht met atomaire kracht microscopie (AFM).Volledige dekking van het oppervlak met lignine alle afzetting cycli bleek het systeem echter bedekking van het oppervlak met NFC toe met het aantal lagen. De adsorptie proces werd uitgevoerd voor 250 cycli (500 dubbellagen) op een cellulose-acetaat (CA) substraat uitgevoerd. Transparante vrijstaande LBL geassembleerde nanocomposiet films werden verkregen wanneer de CA substraat later werd opgelost in aceton. Scanning elektronenmicroscopie (SEM) van het gebroken doorsneden toonde een lamellaire structuur en de dikte per adsorptiecyclus (PDDA-Lignine-PDDA-NC) werd geschat op 17 nm voor twee verschillende typen lignine in het onderzoek. De gegevens geven een film met een sterk gecontroleerde architectuur waar nanocellulose en lignine ruimtelijk worden afgezet op nanoschaal (een polymeer-nanocomposieten), vergelijkbaar met wat wordt waargenomen in de natieve celwand.

Inleiding

Er is veel belangstelling om extra chemicaliën en brandstoffen afkomstig van biomassa, zoals koolstof die door planten tijdens de fotosynthese is een deel van de huidige CO 2-cyclus. De meeste afgezonderd koolstof (42-44%) in de vorm van cellulose, een polymeer bestaande uit β 1-4 gebonden glucopyranose-eenheden; wanneer gehydrolyseerd kan glucose worden gebruikt als de primaire reactant voor fermentatie tot alcohol gebaseerde brandstoffen. Echter, celwand architectuur van houtige gewassen is geëvolueerd millennia creëren van een materiaal dat bestand is tegen afbraak in de natuurlijke omgeving 1. Deze stabiliteit draagt ​​over in de industriële verwerking van houtachtige materialen zoals energiegewassen maken van cellulose moeilijk toegankelijk, isoleren, en afbraak in glucose. Een nadere blik op de ultrastructuur van de secundaire celwand blijkt dat het een polymeer nanocomposiet bestaande uit gelaagde parakristallijne cellulosemicrovezels ingebed in een amorfe matrix van lignine en zoomicelluloses 2-4. De langsrichting georiënteerde cellulose microfibrillen een diameter van ongeveer 2-5 nm, die samen worden samengevoegd met andere hetero-polysacchariden tot grotere eenheden fibrilbundels 5 vormen. De fibrilbundels zijn ingebed in een lignine-hemicellulose complex bestaat uit een amorf polymeer van fenylpropanol eenheden met een aantal koppelingen met andere hetero-polysacchariden zoals glucoronoxylan 4. Bovendien is deze structuur verder georganiseerd in lagen of lamellen gehele verhoute secundaire celwand 6-8. Enzymen, zoals cellulases, hebben een zeer moeilijke tijd de toegang cellulose in de celwand als het wordt gevonden in zijn fibrillen vorm en ingebed in lignine. De kern van echt maken biobased brandstoffen en hernieuwbare chemische platforms een realiteit is om processen die economisch kan de versuikering van cellulose in de oorspronkelijke vorm te ontwikkelen.

Nieuwe chemische en imaging technologieën zijn hulp bij de study van de bij de versuikering van cellulose 9,10 mechanismen. Veel werk is gericht op Raman confocale beelden 11 en atomic force microscopie 12 aan de celwand chemische samenstelling en morfologie bestuderen. In staat zijn om mechanismen van delignificatie en versuikering voet volgen is een belangrijke stap voorwaarts, invloed op de omzetting van cellulose naar glucose. Versuikering van model cellulose oppervlakken werd geanalyseerd door het meten van enzym kinetische tarieven met een kwartskristalmicrobalans met dissipatie controle (QCM-D) 13. Echter, inheemse celwanden zeer complex als hierboven aangegeven, en dit dubbelzinnig hoe verschillende omzettingsprocessen veranderen de structuur van de plantencelwand (molecuulgewicht van het polymeer, chemische bindingen, porositeit). Vrijstaande modellen van de celwand stoffen met bekende structurele samenstelling zou deze zorg aan te pakken en laat de integratie van monsters in state-of-art chemische en verbeeldingng apparatuur.

Er is een tekort aan celwand modellen en de weinige beschikbare kan worden gecategoriseerd als mengsels van polymere materialen en geregenereerd cellulose of bacteriële cellulose 14, enzymatisch gepolymeriseerde lignine-polysaccharide composieten 15-17, of model oppervlakken 18-21. Sommige modellen die beginnen aan de celwand lijken zijn de monsters die lignine voorlopers of analogen enzymatisch gepolymeriseerd bij aanwezigheid van cellulose microfibrillen in de vorm bevatten. Echter, deze materialen lijden onder het ontbreken van georganiseerde lagenarchitectuur. Een eenvoudige route voor de creatie van nanocomposietmaterialen met de georganiseerde architectuur is de laag-voor-laag (LBL) montage techniek, gebaseerd op de sequentiële adsorptie van polymeren of nanodeeltjes met complementaire kosten of functionele groepen te organiseren meerlaagse samengestelde films 22-25 te vormen. Vrijstaande hybride nanocomposieten van hoge sterkte, gemaakt door LbL afzetting van polymeer en nanoparticles, zijn gemeld door Kotov et al.. 26-30. Onder de vele andere toepassingen, hebben LbL films ook onderzocht op hun potentieel gebruik in therapeutische aflevering 31, brandstofcel membranen 32,33, batterijen 34 en lignocellulose vezel modificatie van het oppervlak 35-37. De recente interesse in nanoschaal cellulose gebaseerde composietmaterialen hebben geleid tot de bereiding en karakterisering van LbL meerdere lagen van cellulose nanokristallen (CNC), bereid door zwavelzuur hydrolyse van cellulose vezels, en positief geladen polyelektrolieten 38-43. Vergelijkbare studies zijn ook uitgevoerd met cellulose nanokristallen verkregen uit mariene tunicin en kationische polyelektrolieten 44, CNC en xyloglucan 45 en CNC en chitosan 46. LbL multilayer vorming van gecarboxyleerd nanofibrillated celluloses (NFV), verkregen door het onder hoge druk homogenisatie van pulp vezels met kationische polyelektrolieten is ookstudeerde 47-49. De bereiding, eigenschappen en toepassing van CNC's en nanofibrillated cellulose zijn beoordeeld in detail 50-53.

De huidige studie heeft betrekking op de behandeling van LbL techniek als een mogelijke manier om geïsoleerde lignocellulose polymeren (zoals nanocellulose en lignine) monteren op een geordende manier als de eerste stap naar een biomimetic lignocellulose composiet met lamellaire structuur. LBL techniek werd gekozen vanwege de gunstige procescondities zoals omgevingstemperatuur, druk en water als oplosmiddel, welke voorwaarden natuurlijke samengestelde formatie 54 zijn. In deze studie rapporteren we de meerlagige opbouw van constitutieve houten onderdelen, namelijk cellulose microfibrillen van de tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) gemedieerde oxidatie van pulp en geïsoleerde lignine in vrijstaande lamellaire films. Twee verschillende ligninen gebruikt van verschillende extractiemethoden, een technisch lignine van de organosolv pulpproces, en de andere een lignine geïsoleerd van bal-frezen met minder modificatie tijdens isolement. Deze verbindingen worden gecombineerd met een synthetisch polyelektrolyt in deze eerste studie om de uitvoerbaarheid van het maken van stabiele vrijstaande films architectuur vergelijkbaar met de natieve celwand tonen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Nanofibrillated Cellulose Bereiding 55

  1. Stel een 3 L driehalskolf met 2 L van gedeïoniseerd water, een bovenroerder en pH-sonde.
  2. Voeg delignified kraft pulp, 88% helderheid (20 g, 1% (gew / vol, droge stof)), 2,2,6,6-tetramethyl 1-oxyl (TEMPO) (0.313 g, 0.1 mmol / g cellulose) en natriumbromide (NaBr, 2,0 g, 1 mmol / g cellulose) aan de kolf.
    1. Meng de pulp vezels met bovenroerder totdat de vezel is gedispergeerd en geen aggregaten te zien in de reactie.
      Opmerking: Dispersie kan worden geholpen door het mengen van de suspensie in water voorafgaand aan het toevoegen van de pulp om de 3 L kolf.
  3. Start de oxidatie door langzaam toevoegen van een oplossing van natriumhypochloriet (NaClO, 51,4 ml, 5 mmol per g cellulose) 12% aan het reactiemengsel.
    Opmerking: Voor de consistentie gedurende de reactie, wordt gebruik een spuit pomp naar de NaClO leveren met een injectie van 1,5 ml / min.
  4. Vul een tweede spuit with natriumhydroxide (NaOH, 0,5 M) en handmatig meter de alkalische oplossing in de kolf druppelsgewijs de pH op 10 ± 0,2 te handhaven.
  5. Controleer de pH verandering met de tijd en als alle toegankelijke hydroxylgroepen op de cellulose geoxideerd pH niet meer dalen en de reactie voltooid.
  6. Voeg overtollige EtOH om de resterende NaClO verbruikt. Ongeveer 6 ml 200 proof EtOH verbruikt alle 100 mmol van het origineel NaClO.
  7. Filter en was het geoxideerde vezels grondig met gezuiverd water om de reagentia te verwijderen totdat de pH neutraal is. Gebruik een mand centrifuge of een filtratie-apparaat zoals een Büchner trechter om de vezel te herstellen. Bewaar de vezel bij 4 ° C tot gebruik.
    Opmerking: Bij de voltooiing van het experiment, moet de vezel een carbonzuur inhoud, zoals bepaald met conductometrische titratie tussen 1,0 tot 1,5 mmol per gram vezel. Er zou weinig verschil in uiterlijk van de vezel na de TEMPO oxidatie.
  8. Een 3% (w / v droge stof) suspensie van de TEMPO geoxideerde pulp en mengen in een Warring blender totdat de suspensie viskeus en de messen gaan draaien in de lucht vanwege gelering van de suspensie.
    Opmerking: Lagere concentraties niet zo effectief werken om de cellulose fibrilleren.
    1. Verdun de gemengde brij tot 0,1% (w / v) en verder mengen tot suspensie transparant.

2. Layer-by-layer film depositie van QCM-D Experimenten

  1. Bereid de volgende waterige oplossingen en elke oplossing met 0,1 M NaOH tot een pH van 10,5 te passen: waterige bufferoplossing (water en NaOH); 0.5% (w / v) waterige oplossing van polydiallyldimethylammoniumchloride (PDDA); en 0,01% (w / v) lignine. Stel de pH van de 0,1% NFC suspensie tot 8,0.
    Opmerking: De pH voor deze experimenten werd verhoogd omdat het eerder was aangetoond dat lignine adsorbeert in een minder geaggregeerde toestand in alkalische pH 56.
  2. Schooneen goud gecoate kwartskristal onderstaande fabrikant aanbeveling met een base piranha oplossing [Opmerking] (03:01 geconcentreerd NH4OH: H 2 O 2 bij 60 ° C) gedurende 10 minuten.
    1. De kristallen spoelen met gezuiverd water, droog blazen in een stroom N2 en direct invoegen in het kwartskristal microbalans stroomcel om verontreiniging uit de lucht wordt vermeden.
  3. Laat de buffer door de stroomcel een basislijn respons van de resonerende kristallen blootgesteld aan de vloeistof te verkrijgen.
    1. Deponeer een laag PDDA op de kwartskristallen door het blootstellen van het kwartskristal de PDDA oplossing gedurende 5 minuten.
    2. Na 5 min terugschakelen naar de bufferoplossing.
      Opmerking: Dit proces in stap 2.3 wordt een enkele laag ligt wanneer de hoeveelheid polymeer afgezet kan worden bepaald zonder het effect van de polymeeroplossing viscositeit.
    3. Herhaal de adsorptie van andere polymeren in de volgende volgorde met een buffer rinse tussen elke stap: PDDA (+) (stap 2.3.1); lignine (-); PDDA (+); en NFC (-). Herhaal de cyclus 4x tot 16 in totaal lagen van polymeren en nanodeeltjes deponeren.

3. Layer-by-layer film depositie voor AFM en ellipsometrie Experimenten

  1. Lijm een ​​cirkelvormige schijf van mica een glazen objectglaasje met behulp van een snelle epoxy lijm. Nadat de lijm hardt, bevestig een stukje tape om de mica disc. Schil de tape weg waardoor het mica oppervlak aan te hangen.
    1. Reinig een silicium wafer met zuur piranha [WAARSCHUWING] (03:01 H 2 SO 4: H 2 O 2) gedurende 20 minuten, gevolgd door aanzienlijke spoelen in water voorafgaand aan afzettingslaag.
  2. Met oplossingen bereid in 2.1, dip ofwel de vers gekloofd mica dat een glasplaatje of een vers schoongemaakt silicium wafer in elke oplossing waarbij de volgorde van het protocol beschreven in 2.3.3 is bevestigd.
    Opmerking: Deze techniek zal lagen van po creërenlymers op elk van deze vlakken die respectievelijk kunnen worden ingebracht in de AFM of ellipsometer,.
  3. Het imago van de afgezette lagen met een atomic force microscoop. Gebruik de intermitterende contact mode en uitkragingen met 10 nm radius silicium tips (veerconstante 42 N / m) bij het verzamelen van beelden van het monster. Stel scanformaat als 2,5 x 2,5 micrometer, scanpunt als 512 en integrale versterking van 10 tot specifieke voorbeeldfoto's te verzamelen.
  4. Voor de meting van de dikte van de lagen met de AFM van de gedroogde LbL films, gebruik dan een zachte plastic pipet tip en litteken van een lijn over het oppervlak van de bereide LbL films op de mica ondergrond.
  5. Borg LBL films voor ellipsometrie meting op silicium wafers. Meet de droge laagdikte met een fase gemoduleerde ellipsometer film bij een golflengte van 632,8 nm, waarbij de verschillende invalshoek modus. Varieer de hoeken tussen 85 ° en 65 ° bij 1 ° intervallen.

4. Voorbereiding van Vrijstaande LBL Film

  1. Cut een25,4 x 7,6 mm rechthoek van cellulose-acetaat (CA) film (DS 2.5) dat is 0,13 mm dik en hechten aan geautomatiseerde dipper arm.
    Opmerking: Celluloseacetaat DS 3.0 is niet oplosbaar in aceton zodat DS 2,5 heeft de voorkeur om het gelaagde films herstellen.
  2. Vul elke bekerglas van 500 ml met oplossingen van PDDA, lignine, en nanocellulose volgens concentratie en pH in stap 2.1.
    1. Vul drie extra bekers met waterige buffer te gebruiken als een spoeloplossing voor elke depositie cyclus.
    2. Programmeer de dipper arm om verder te gaan in dezelfde volgorde als vermeld in 2.3.3.
      Opmerking: Het is belangrijk om een ​​andere spoeloplossing na elke respectieve polymeeroplossing gebruikt omdat de laag-voor-laag proces bepaalde polymeer dat niet stevig gebonden aan het oppervlak zal desorberen. Kruisbesmetting van de spoeloplossingen veroorzaakt snel neerslaan van polyelectrolytcomplexen, die kan adsorberen als "gebreken" naar het filmoppervlak.
  3. Wijzig de oplossingen in debekerglas gedurende 250 cycli regelmatig als ze beginnen te verschijnen troebel vanwege colloïdale complexen. Een optie is om de vernieuwing van de oplossing te automatiseren met behulp van peristaltische pomp verse oplossing te leveren of te bufferen tot maatwerk polyvinylchloride (PVC) containers met in-en uitgangen.
    Opmerking onrustige oplossingen in de containers te verhogen de verspreiding van de polyelektrolyten op het oppervlak.
  4. Knip voorzichtig de randen van het gedroogde monster met een schaar blootstellen van de CA, en zet in een overdekte glazen petrischaal gevuld met aceton om de CA lossen.
    Opmerking: twee films worden geïsoleerd na dit experiment de voorzijde en achterzijde van de CA.
  5. Geniet geïsoleerd films in aceton gedurende 24 uur en spoel films malen met aceton om de verwijdering van de achtergebleven CA maximaliseren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

QCM-D analyse van gestructureerde Woody Polymer Film Fabrication

LBL adsorptie van lignine, NFC en PDDA is in twee verschillende experimenten met twee soorten ligninen in real time met QCM-D. Deze analyse methode is zeer gevoelig voor veranderingen detecteren frequentie indien adsorberen aan het oppervlak van het kwartskristal Figuur 1 bevat een gedetailleerde beschrijving van de QCM-D-respons in een depositie cyclus, die twee dubbellagen (PDDA omvat:. HMWL en PDDA: NC). De geg...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Fabricage van nanocellulose

Voor nanocellulose fabricage succesvolle oxidatie van de pulp vezels noodzakelijk is gemakkelijk fibrillatie. Oxidatie wordt door beschikbare natriumhypochloriet, die langzaam worden toegevoegd met bekende hoeveelheden gebaseerd op de hoeveelheid cellulose. Een reden voor beperkte oxidatie voort uit de opslag van de natriumhypochlorietoplossing gedurende langere perioden. Deze verminderde efficiëntie oxidatie kan tijdens de reactie worden vermeld; de pulp gier moet e...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

Dit werk werd vooral ondersteund door het programma van het Institute for Critical Technology en Applied Science (ICTAS) op Virginia Tech, de Virginia Tech Graduate School van de Doctoral Scholar's voor de ondersteuning van het duurzame Nanotechnologie programma, en ook het Amerikaanse ministerie van Landbouw, NIFA toekenningsnummer 2010-65504-20429. De auteurs danken ook de bijdragen van Rick Caudill, Stephen McCartney en W. Travis Kerk voor dit werk.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
SulfaatpulpWeyerhaeusergedoneerdhelderheidsniveau van 88%
Organosolv lignineSigma Aldrich371017niet langer verkrijgbaar
Hardhout gemalen hout ligninezie referentie in het papier
PolydiallyldimethylammoniumchlorideSigma Aldrich409022Mn = 7,2 x 104, Mw = 2,4 x 105
2,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO)Sigma Aldrich214000katalytische oxidatie van primaire alcoholen tot aldehyden met een zuiverheid van 98%, molecuulgewicht is 156,25 g/mol
NatriumbromideSigma AldrichS4547zuiverheid ≥99,0%, molecuulgewicht 102,89
NatriumhypochlorietSigma Aldrich425044reagenskwaliteit, beschikbaar chloor 10~15%, molecuulgewicht 74,44 g/mol
NatriumhydroxideVWRBDH7221-40,5 N waterige oplossing, dichtheid 1,02 g/ml, molecuulgewicht 40 g/mol
NatriumhydroxideAcros OrganicsAC12419-00100,1 N waterige oplossing, specifiek gewicht 1,0 g/ml, molecuulgewicht 40 g/mol
AmmoniumhydroxideAcros OrganicsAC39003-002525% oplossing in water, pH 13,6, dichtheid 0,89, molecuulgewicht 35,04 g/mol
WaterstofperoxideFisher ScientificH325-10030,0~32,0% gecertificeerd ACS, pH 3,3, dichtheid 1,11
Mica platenTED PellaNC9655733Pelco, kwaliteit V5, 10 x 40 mm, 23 mm T, minimale lucht en bellen, zeer schoon
ZwavelzuurFisher ScientificA300-21295,0~98,0 w/w%, gecertificeerd ACS plus, molecuulgewicht 98,08 g/mol
CelluloseacetaatMcMaster Carr8564K44substitutiegraad 2,5
EthanolDecon Laboratories04-355-223200 proof (100%), USP
[header]
AcetonFisher ScientificA18-4zuiverheid ≥99,5%, gecertificeerd ACS-reagenskwaliteit, dichtheid 0,79 g/ml, molecuulgewicht 58,08 g/mol
SpuitpompHarvard Apparatus552226pomp 22 infusie/intrekking met standaard spuithouder, stroomsnelheid 0,002 μl/hr~55,1 ml/min
Mill-Q waterzuiveringssysteemEMD MilliporeD3-UVDirect-Q, UV, watergeleiding 18,5 MΩ·cm met 20 L reservoir
pH-meterMettler ToledoSeverMulti
BalansMettler ToledoAB135-Snauwkeurigheid 0,1 mg
Atomaire krachtmicroscoopAsylum ResearchMFP-3D, Olympische fluorescentiemicroscooptrap
EllipsometerBeaglehole Instruments
Vezelcentrifugeonbekendmandcentrifuge
Waring blenderWaringCommercieel
Ultrasoon processorSonicsSonics 750 W, geluidsbehuizing
Quartz kristal microbalans met dissipatiemonitoring (QCM-D)Q-Sense Inc.E4meet fundamentele frequentie van 5 MHz en bewaakt oneven aantal overtonen/harmonische van 3~13, gebruik goud gecoate piëzo-elektrische kwartskristallen
Geautomatiseerde dopperarmLynxmotion

Referenties

  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Meer artikelen verkennen

Laag-voor-laag assemblagekwartskristalmicrobalansatoomkrachtmicroscopiescanning elektronenmicroscopiepolymere nanocomposietencelluloseacetaatsubstraatPDDA-polyelektrolyt
Richting biomimetische Hout: Fabricated Vrijstaande Films van nanocellulose, Lignine, en een synthetische polycation
Neem contact met ons op
Aanbevelen aan de bibliotheek

Privacy

Gebruiksvoorwaarden

Beleidsoverzicht

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Alle rechten voorbehouden.