Abstract
ナノ粒子は、ナノテクノロジーとナノメディシンで重要な材料の一つとして、過去十年の間にかなりの重要性を得ています。金属系ナノ粒子を合成し、環境口論に関連付けられているが、セルロースは、ナノ粒子合成のための緑、持続可能な代替案を紹介します。ここでは、木質繊維に基づい毛深い（非晶質と結晶領域の両方を保有する）ナノ粒子および生体高分子の新しいクラスを生成するために、化学合成および分離手順を提示します。軟質木材パルプの過ヨウ素酸酸化を介して、セルロースのグルコース環は、2,3-ジアルデヒド基を形成するC2-C3結合で開放されます。部分的に酸化された繊維のさらなる加熱（ 例えば 、T = 80℃）で十分に断続的な遠心分離によって分離された3つの製品、すなわち、繊維状酸化セルロース、立体的に安定化されたナノ結晶セルロース（SNCC）、および溶解ジアルデヒド変性セルロース（DAMC）、で結果および共溶媒付加。（加熱せず）、部分的に酸化された繊維は、アルデヒド、カルボキシル基とほぼすべて変換する亜塩素と反応する反応性の高い中間体として使用しました。共溶媒沈殿および遠心分離はelectrosterically安定化ナノ結晶セルロース（ENCC）とジカルボキシル化セルロース（DCC）が得られました。 SNCCとENCCの結果として、表面電荷（カルボキシル含有量）のアルデヒド含有量を正確に従来NCCと比較して、ナノ粒子のグラム当たり以上7モルの官能基（ 例えば 、軸受安定性の高いナノ粒子が得られ、過ヨウ素酸酸化反応時間を制御することによって制御されました<< 1ミリモルの官能基/ g）を保有します。原子間力顕微鏡（AFM）、透過型電子顕微鏡（TEM）、走査型電子顕微鏡（SEM）は、棒状の形態に証明しました。電導度滴定、フーリエ変換赤外分光法（FTIR）、核磁気共鳴（NMR）、動的光散乱（DLS）、電-Sを変換しますonic振幅（ESA）と音響減衰分光法は、これらのナノ材料の優れた特性に光を当てます。
Introduction
セルロースは、世界で最も豊富な生体高分子として、1（ま た、セルロースナノCNCとして知られているNCC）ナノ結晶セルロースという名前の結晶性ナノ粒子を得るために重要な原料として最近役立ってきました。 NCC合成のメカニズムを理解するために、セルロース繊維の構造が検討される必要があります。セルロースは、線形およびポリβ（1,4）-D-グルコース残基2を含む多分散ポリマーです。各単量体中の糖リングは（1-1.5）の鎖を形成するために、グリコシド酸素を介して接続された第一ネーゲリとシュベンデナー2,4によって報告された結晶部分と無秩序、アモルファス領域を、交互に導入し、10 4グルコピラノース単位2,3 xはされています。ソースに応じて、セルロースの結晶性の部分は、様々な多形体5を採用することができます。
セルロース繊維は、硫酸などの強酸で処理されている場合は、アモルファス相が完全に加水分解することができ阿波tunicin一方、ポリマーを破壊し、幅の源（ 例えば 、木材、綿、収率90％以上の結晶ナノロッドに応じて様々なアスペクト比の結晶粒子を生成するには、Y〜5〜10nmで、長〜100〜300nmの、細菌、藻類は5-60 nmの広い、いくつかのマイクロメートル長いのNCC）6から100ナノメートルを生産します。読者は、これらのナノ材料2,5,7-16の科学的・工学的側面 に関する入手可能な文献の膨大な量と呼ばれています。これらのナノ粒子の多数の興味深い特性にもかかわらず、彼らのコロイド安定性は、常に、それらの比較的低い表面電荷量（1mmol / g未満）17に高い塩濃度および高/低pHでの課題となっていました。
代わりに、強力な酸加水分解により、セルロース繊維は、有意な副反応18,1と2,3-ジアルデヒド単位を形成するアンヒドロD-グルコピラノース残基にC2-C3結合を切断し、酸化剤（過ヨウ素酸）で処理することができます9。これらの部 分的に酸化された繊維は、機械的剪断または超音波20なしで単独での化学反応を用いて、非晶質と結晶領域の両方（毛状ナノ結晶セルロース）を有するナノ粒子を製造するための貴重な中間材料として使用することができます。部分酸化度DS <2は、加熱が立体的に安定化されたナノ結晶セルロース（SNCC）と呼ばれる製品、すなわち繊維状セルロース、水分散性ジアルデヒドセルロースナノウィスカーの3つのバッチで繊維結果を酸化し、そして単離することができるジアルデヒド変性セルロース（DAMC）を、溶解したとき共溶媒添加および断続的な遠心分離21を正確に制御することもできます。
部分的に酸化された繊維で制御亜塩素酸酸化を行うには、アルデヒド含有量18に応じて、ナノ結晶セルロースのグラム当たりの高ミリモル7としてCOOH基を導入することができる単位を、カルボキシル基に、ほぼすべてのアルデヒド基に変換します17上に存在することが確認されました。この材料は、重金属イオン22を捕捉するために非常に効率的な吸着剤として使用されてきました。これらのナノ粒子の電荷を正確素酸反応時間23を制御することにより制御することができます。
セルロースの既知の酸化反応にもかかわらず、SNCCとENCCの生産は、分離の課題に起因し、おそらく他の研究グループによって報告されていません。我々が正常に正確に反応し、分離工程を設計することにより、ナノ製品の種々の画分を合成し、単離することができました。この視覚資料では、再現性、非晶質と結晶部分の両方を保有する上記の新規なナノウィスカーを準備し、特徴付けるためにどのように完全な詳細に示しています木質繊維からS。このチュートリアルでは、柔らかい材料、生物学、および医薬品科学、ナノテクノロジーとナノフォトニクス、環境科学、工学、物理学の分野で活躍の研究者の資産であってもよいです。
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Protocol
注意：それらに触れる前に、すべての化学物質の物質安全データシート（MSDS）をお読みください。この作業で使用される化学物質の多くは、深刻な健康被害を引き起こす可能性があります。このような白衣、手袋、ゴーグルなどの個人保護を使用することは必須です。安全性が最初に来ることを忘れないでください。合成を通じて使用される水は蒸留水です。
中間体として部分的に酸化された繊維の調製
- 約2×2 cm 2の小片に4グラムのQ-90針葉樹パルプシートを引き裂きます。
- 少なくとも1日水に引き裂かれたパルプシートを浸します。
- ほぼ均一な分散を達成するために機械的な崩壊剤を用いたウェットパルプを崩壊。
- 真空フィルターを組み立てるには、ブフナー漏斗にナイロンフィルターを固定し、フィルターフラスコに漏斗を配置します。その後、適切なチューブを使用して、真空ポンプにフィルターフラスコを接続します。ポンプの電源をオンにし、表示Funnで解砕パルプ溶液を注ぎます液体からパルプを分離するエル。
- 湿ったパルプ（M 1）の重量を測定し、パルプによって吸収された水の量を計算： メートルのワット、1 = メートル1から4。
- 過ヨウ素酸酸化性溶液の調製
- SNCC / DAMCの合成のために：別々に、200- M wを、1mlの水に2.64はグラムの過ヨウ素酸ナトリウム（のNaIO 4）および15.48グラムの塩化ナトリウム（食塩）を溶解します。
- ENCC / DCCの合成のために：別々に、W 266- M、水1mlに取れて5.33グラムの過ヨウ素酸ナトリウム（のNaIO 4）15.6グラムの塩化ナトリウム（食塩）を溶解します。
- 1.6に調製した溶液に別々に湿ったパルプを追加します。 （パルププラス添加した水に吸収さ）水の総量は、SNCCのための200ミリリットルとENCC合成のための266ミリリットルに等しいことを確認します。
- Tの所望の量をRTで高速〜105 rpmで撹拌しながら、過ヨウ素酸失活を防止するためにアルミホイルで十分にビーカーをカバーIMEが好まアルデヒド含有量を達成するために、表1に記載の方法。一例として、〜6.5ミリモル/グラムのアルデヒドを得るために、96時間反応させます。
- 反応時間が経過した場合には、アルミニウム箔を開き、混合物にエチレングリコール（ENCC / DCC合成の場合）又は3ミリリットル（SNCC / DAMC合成の場合）を1mlを追加し、酸化を停止し、10分間攪拌過ヨウ素酸を急冷することにより反応。
- 真空ろ過（1.4による）によって酸化パルプを集める水500ml中に再分散し、30分間それをかき混ぜます。ヨウ素酸徹底的からパルプをきれいにするために少なくとも5回、この手順を繰り返します。
- 酸化されたパルプに5 回目の水洗浄した後、真空濾過によって溶液からパルプを分離し、冷（4℃）場所に保管してください。
SNCCとDAMCの2合成
- 4によって、1.11で得られた部分的に酸化、ウェットパルプ（M 1）、割りには：m 2 = メートル1月4日 、- 1 2、ワットメートル = メートル2：と吸収された水の重量を測定します。
- （ - 2、ワットメートル 100）丸底フラスコ中のgの水（合計水分含量= 100グラム）でパルプを分散させます。
- 油浴中で丸底フラスコを置き、静かに攪拌しながら6時間80℃で部分的に酸化されたパルプを加熱します。
注：パルプが完全に過ヨウ素酸で酸化されている場合（DS = 2）、 例えば 、3.87 gでのNaCl（8.64ミリモル）および65 mlの水6攪拌しながらを含む溶液中に1.85 gでのNaIO 4（8.65ミリモル）で1gのパルプを反応させ日、水の加熱条件および滞留時間に応じて、ジアルデヒドセルロース（DAC）の特性（ 表2）に変更されます。 - RTへの解決策をクールダウン。
- 10分間、18,500×gで解決策を遠心。沈殿物をunfibrillatedセルロース（フラクション1）です。
- 慎重に上清を分離し、（A）それを量ります。
- 1.7（A）グラムプロパノール追加SNCCを沈殿させ、撹拌しながら2.6で得られた上清に。分離SNCCて、コメントを追加しましたプロパノールの詳細については、 図1で利用可能です。
- 10分間、3000×gで二相溶液を遠心し、再分散させ、さらに精製すること（セクション4）とキャラクタリゼーション（第5節）透析する準備ができているデカンテーションにより得られたゲル状の沈殿物を（第二の画分、SNCC）、分離しています。
- 2.8で得られた上清に、白色沈殿物（第三の画分、DAMC）を得3.5（A）グラムプロパノールを追加します。
- 10分間、3000×gで2.9の溶液を遠心分離し、そして準備ができて（別のビーカーに上清を注ぐことにより）ゲル状DAMC沈殿物を収集するには（セクション4で利用可能な詳細）透析によって精製し、水に再分散し、特徴付けします（第5節）。
3. ENCCの合成とDCC
- 100ml中に溶解させて0.5 M水酸化ナトリウム（NaOH）溶液を調製〜2gのNaOHを水とそれを脇に保ちます。これは、ステップ3.7で使用されます。
- メートル3 = メートル1月4日 、及び吸収された水の重量測定：4により、1.11で得られたウェット酸化パルプを、割りワットメートル、3 = メートル3から1を。
- mlの水と溶解するために攪拌-別に、（ メートル、ワット3 50）に2.93グラムの塩化ナトリウム（NaCl）および1.41亜塩素酸ナトリウム（NaClOを2）を追加します。
- 3.3で得られた溶液中の（パルプを酸化〜1グラムの乾燥を含む）、湿式酸化パルプメートル3グラムを一時停止します。最終パルプ濃度が50ミリリットルで1グラムの総利用可能な水（自由水を吸収）であることに注意してください。
- 3.4の溶液にpH計を配置します。
- ステップ3.4滴下の混合物に、1.41グラムの過酸化水素（H 2 O 2）を加えます。
- 徐々にステップ3.1で調製した0.5 M水酸化ナトリウム（NaOH）を添加することによってpH約5に維持しながら、105 rpmで室温で24時間3.6の懸濁液を撹拌します。
注：pHは、反応の開始から〜15分後に急速に減少し始め、それは、反応の少なくとも最初の4時間5で一定に維持されるべきです。便宜上、反応は01:00に開始され、pHが5 PMまで制御することが示唆され、その後反応が残っているO / N早期pHを再び5に増加される朝です。このような長い時間の後、pH低下は、変換のほとんどが達成されることを示す、重要ではないであろう。今、ほとんどの固体は（大繊維がナノ粒子に分解されている）溶液中で観察することはできません。反応は、より長い時間放置すると、結晶部が破壊されてもよいことに留意されたいです。 - 10分間、27,000×gで均等に加重遠心チューブと遠心分離機に3.7から得られた懸濁液を分割し、そしてマイクロ繊維状の沈殿物から上清（ENCC + DCC）を分離。
- 3.8から得られた上清を計量し、ソリューションの質量（B）を呼び出します。
- ゆっくり0.16（B）グラムのエタンを追加白色沈殿物（第2の画分、ENCC）を形成するために攪拌しながら3.9の溶液に、オール。
- 遠心分離機10分間、3000×gで3.10の溶液、およびデカンテーションにより得られたゲル状のENCC沈殿物を分離します。 ENCCは、透析（セクション4で利用可能な詳細）によって精製し、水中に再分散させ、そして（第5節）を特徴とする準備が整いました。
- 3.11で得られた上清に、白色沈殿物（第三の画分、DCC）を得ソリューションの質量としてのエタノール等質量を追加します。
- 10分間、3000×gで3.12の溶液を遠心分離して、ゲル状のDCCが（セクション4で利用可能な詳細）透析によって精製し、水に再分散させ、かつ特徴づけする準備ができて沈殿分離します。
4.透析手順SNCC、DAMC、ENCCまたはDCCを精製します
- 1時間激しく撹拌し10ミリリットルの水に2.8（SNCC）のいずれかの段階で得られたゲル状の沈殿物を再分散し、2.10（DAMC）、3.11（ENCC）、または3.13（DCC）。
- 目を配置します透析チューブ（MWカットオフ= 12-14 kDaで、長さ約30センチ、幅〜4.5センチメートル）の電子分散とクリッピングによって上部と底部を固定します。
- 蒸留水〜4 Lで満たされた透析バッグを置き、塩を排出するために、24時間撹拌します。
- 冷たい（4℃）の場所で、容器や店舗で透析した溶液を収集します。
5.精製後のキャラクタリゼーション：固相および充電濃度測定
- 濃度測定
- 重み付け皿（アルミカップ、57ミリメートル）で所望の分散の3ミリリットルを計量します。
- オーブン（50°C）O / Nでの分散体を含有する秤量皿を置きます。
- ドライフィルムを計量し、分散液中のナノ粒子またはポリマーの濃度を計算します。
濃度（重量/容量％）=ドライフィルム/ 3の100×質量、または
濃度（％w / w）の=分散のドライフィルム/質量の100×質量
- 電気伝導度滴定
- アルデヒド含有量を決定するために、SNCCまたはDAMCの電気伝導度滴定
- 100ミリリットルの最終容量を調整することにより、続いて25ミリリットルの水に0.82ミリリットルのHClを加えることによって、0.1 M塩酸（HCl）を準備します。
- 別々に、最終溶液100mlと達成するために、蒸留水0.4グラムの水酸化ナトリウムを添加することにより、水酸化ナトリウム0.1 Mを準備します。
- ヒドロキシルアミン塩酸塩法24に続いて、所望の量の水に所望の分散の既知量を追加する（ 例えば 、50で0.02グラムミリリットルH 2 O）。
- 塩酸（0.1 M）を希釈し使用してpHを3.5に調整します。
- 分散液に10ミリリットルをヒドロキシルアミン塩酸塩溶液（5％w / wの）を追加します。
- pH値を監視し、pHが3.5で安定するまで、0.1MのNaOHを加えることによって、3.5でそれを保ちます。
- アルデヒド基の反応から放出されたH +とを中和するために水酸化ナトリウムの消費量を使用し、NH 2 OH・HClを、アルデヒドconcentra測定します化（反応中に生成のHClの消費のNaOH =モルのモル= SNCC上のアルデヒド基のモル）。
- カルボキシル含有量を決定するためにENCCまたはDCCの電気伝導度滴定
- 文献25に続いて、蒸留水140ミリリットル中に固体の0.02グラムを持って所望の分散の十分な量を追加します。
- 別々に、最終溶液100mlと達成するために、蒸留水に0.117 gでのNaClを溶解することにより20mMの塩化ナトリウムを準備します。 5.2.2.1への20mMのNaClの2ミリリットルを追加します。
- 約3塩酸（0.1 M）を希釈し使用してpHを下げます。
- pH約11まで、0.1 ml /分の単位で標準の水酸化ナトリウム（NaOH、10ミリモル）を添加することによって電気伝導度滴定を行います。
- 荷電基（ 図2の詳細）を中和するために水酸化ナトリウムの消費量を使用して、（消費塩基の1モルは、粒子表面に1モルCOOHに等しい）表面電荷の濃度を測定します。
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Representative Results
パルプの素酸と亜塩素酸化中の各画分のマス部と電荷コンテンツは、反応時間（ 表1）に依存します。また、DAC分子量は、加熱条件および滞留時間（ 表2）に依存します。 SNCCとDAMCがなされると、それらは、プロパノール（ 図1）を添加することによって沈殿します。 ENCCの電荷量を測定するために、電導度滴定（ 図2）が行われます。 NCCとENCCコロイド挙動はイオン強度およびpHの影響を受けています。 KClの塩濃度およびpHに対するNCCとENCCのサイズ及びゼータ電位は、図3に示されている。SNCCは、中性粒子であり、その大きさを加えプロパノール（ 図3）によって影響されます。 NCC、ENCC、及びSNCC（ 図4）の透過型電子顕微鏡（TEM）、原子間力顕微鏡（AFM）画像は、これらの粒子は、Fの利益ことを証明します同様の結晶体をROM。高いカルボキシル基含有量を担持する、ENCCは、水性系（ 図5）からの銅イオンの高い量を分離することができます。 FTIRスペクトルおよびENCC / DCC及びSNCCの13 C NMRは、従来のNCCとセルロースパルプ（ 図6）との化学構造の違いを明らかにする。最後に、酸化セルロースの様々な画分のX線回折（XRD）（ 図7）は 、これらの材料の結晶に光を当てます。
| 過ヨウ素酸酸化時間（時間） | アルデヒド含有量（モル/ g） | 分数 | 質量比率（％） | 充電量（ミリモル/ g）を |
| 10 | 1.5 | 1 | 90 | 1.2 |
| 2 3.5 | 3.6 | |||
| 3 | 7.5 | 3.95 | ||
| 16 | 2.5 | 1 | 82 | 2.15 |
| 2 | 5 | 4.25 | ||
| 3 | 12 | 4.6 | ||
| 24 | 3.5 | 1 | 69 | 2.9 |
| 2 | 10 | 4.8 | ||
| 3 | 21 | 5.25 | ||
| 96 | 6.5 | 1 | 9 | 4.05 |
| 2 | 52 | 6.6 | ||
| 3 | 40 | 6.95 |
Pの素酸と亜塩素酸化中の各画分の表1質量部と電荷コンテンツ ULP 23。
| 温度（℃） | 加熱時間（時間） | 室温で水中での滞留時間（日数） | 平均モル質量（kDaの） | 重合度 |
| 80 | 6 | 1 | 85.1 | 532 |
| 80 | 6 | 15 | 41.3 | 258 |
| 80 | 6 | 61 | 4.1 | 26 |
| 80 | 10 | 61 | 3.4 | 21 |
| 90 | 6 | 61 | 3.3 | 21 |
| 90 | 17 | 61 | 1.6 | 10 |
追加プロパノール21対図1沈殿しSNCCとDAMC。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
ENCC。COOH濃度= 0.01195（V のNaOH）* 10 mMの（NaOH濃度） 図2.電導滴定グラフ / 0.02グラム（初期ENCC）〜5.98ミリモル/ gである。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。。
高イオン強度17で、図3（A）NCCとENCC行動。 （B）を加えプロパノール21対SNCCのサイズ進化。 （C - F）NCC（円）ENCC（四角）サイズとKClの塩濃度およびpH動電音波振幅（ESA）から得て、音響減衰分光法17対ゼータ電位。パネルの星（C）は （DLS）サイズ動的光散乱を表すことに注意してください。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
図4透過型電子顕微鏡（ TEM）及び（B）は0ppm、（C）は100ppm、及び（D）300ppmの銅濃度22における（A）NCC 21、ENCCの原子間力顕微鏡（AFM）画像と（E＆F）SNCC 21。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
ENCCのQ '平衡銅濃度C E 22対電子の図5.銅除去能力。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
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セルロースパルプの図6（A）FTIRスペクトル（電荷量0.06ミリモル/ gを有する）、第一画分（B）、第二画分（C、 すなわち 、ENCC）、および第三の画分の電荷を有する（D、 すなわち 、DCC含有量3.5ミリモル/ g）を23。 （B）液相13 DCCのC NMR（電荷量3.5ミリモル/ g）を23。 （C）セルロースパルプ、NCC及びSNCC 21のFTIRスペクトル。 （D）ソリッドステートセルロースパルプ、NCC、およびSNCC 21の13 C NMR。 この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
酸化セルロースの種々の画分の図7のX線回折（XRD）。（A）初期セルロース、（
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Discussion
この視覚的な論文で議論化学に続いて、結晶とアモルファス相（毛むくじゃらのナノ結晶セルロース）の両方を保有する調整可能な電荷を有する高度に安定なセルロース系ナノ粒子のスペクトルが生成されます。 表1に示すように、過ヨウ素酸酸化時間に応じて、様々な製品が得られている：酸化繊維（フラクション1）、SNCC（フラクション2）、及びDAMC（画分3）それらの各々は、定義されたサイズのような独特の特性を提供する、形態、結晶化度、及びアルデヒド含有量。様々な負に帯電した種、すなわちフラクション1（カルボキシル化パルプ繊維）、画分2（ENCC）、そして画分3（DCC）で亜塩素酸結果によってこれらの中間材料のさらなる酸化を表1に述べたように。素酸は、完全に酸化した場合パルプ（ DS = 2）、加熱条件（温度、インキュベーション時間）に応じて、種々の分子量及び度を有するジアルデヒドセルロース（DAC）、一連の調理され重合を製造することができる。 表2は、加熱条件に対するDACの分子量を示します。暖房は高活性中間体として使用することができる中立、アルデヒド官能化ナノ粒子（SNCC）およびポリマー（DAMC）、に部分的に素酸酸化されたパルプを変換の容易な方法を提供します。 SNCCとDAMCを注意深くプロパノールような共溶媒を添加することにより単離されます。 図1において、添加プロパノールが提示される対SNCCとDAMCを分離しました。
ENCCまたはDCCが行われると、単純な電気伝導度滴定は、図2で説明したように表面電荷（カルボキシル基）含有量を測定するために使用される。表面電荷を中和するための水酸化ナトリウムの当量は、電荷密度（ 例えば 、〜6モル/ gでをもたらします図2）。 ENCCの高い電荷密度は、突出ジカルボキシルメチルセルロース（DCC）鎖の排除体積と一緒に、提供する、静電的にそれらを安定化electrosterically安定化。 図3Aには、ENCC少なくとも500 mMのKClに対する安定な分散液最大としてままでイオン強度で〜50 mMのは、NCCは、ゲルを形成することが示されています。 ENCCサイズが〜220nmでの減少しながら80〜0〜mMの50までのイオン強度を増加させることによって〜150nmと約50ナノメートルからNCCサイズが大きくなる。このような現象は、音響減衰分光法を用いて、NCCとENCCのサイズを検討することによって確認されます原因DCC鎖（ 図3C）を突出の後退に0〜200mMでからKCl濃度を増加させることにより、ナノメートル。 〜からNCCのゼータ電位の減少傾向と比較して〜-100 mVのでENCCの安定したゼータ電位を-75 mVの〜-40mVではENCC上の高い、安定した帯電（ 図3D）を証明します。さらに、pH依存性（pH非依存）ゼータ電位（及びサイズ）ENCC（NCC）のために3をAT＆その結果、NCCに強い酸の表面基（ 図3E＆F）と比較して弱い酸などENCC面行為＃60; 図3Bに示されるようにpHが<12興味深いことに、SNCCサイズは共溶媒の濃度によって影響を受けます。
NCC、ENCC、及びSNCCのTEMおよびAFM像（ 図4）は、同様の結晶部分を証明します。また、銅のような二価重金属イオンの存在下で、ENCCs高銅濃度（ 例えば 、300における一方の濃度（ 例えば 、100ppm以下、 図4C）、（II）、低い銅で安定性の高い星状凝集体を形成しますppm以下、 図4D）、大いかだ状、不安定な凝集体が形成されています。これは、それぞれ22、低および高銅濃度でENCCの部分と完全な電荷の中和に起因します。重金属イオンを吸着するような傾向は、水性系から銅イオンを分離するためにENCCを使用するように私たちを励ました。 図5は、平衡銅濃度22対銅の除去能力を提供します。したがって、1gのENCCENCC表面電荷量に相当します〜180mgの銅（II）を、削除することができます。このような高い重金属イオン除去能力の場所高効率の吸着剤22のうち、このナノ材料。
酸化されたパルプ（ 図6A）の異なる画分のFTIRスペクトルを比較して1,015 -1（CH 2 -Oでピークと比較して、画分番号、1,605 -1におけるピーク強度を増加させることにより-1 COONa増加に対応することを示唆していますCH 2）23。これは、画分23のカルボキシル含有量が徐々に増加を証明します。興味深いことに、 図6Cに、1730と880センチメートルでSNCCの特徴的なピークは-1、セルロースパルプとNCCと比較して、カルボニル基とヘミアセタール結合、それぞれ21の伸張を反映しています。液相DCC（ 図6B）の13 C NMRは、59 ppmのピークを示す（C6）75〜80 ppmの（C4とC5）、102 ppmの（C1）、および175 ppmの（C2とC3上のカルボキシル基）であり、複数のピーク23。 図6Dは、C4 'の肩を示す固体13 C NMRを提示セルロースのアモルファス相に対応するピーク。鋭いC4ピークに対するこのピークの比が90 ppmのNCCがセルロースパルプ21よりも高い結晶化度を示す高いで（セルロースの結晶性に相当します）。 60〜80 ppmのと85-105 ppmのと175から180 ppmのカルボニルピークの欠如で幅広いピークはSNCC 21におけるアルデヒド基のヘミアセタール結合を示唆しています。 X線回折セルロースおよび様々な酸化された画分の（ 図7）（1、2、および3）は、それぞれ〜79％、61％、91％、及び23％の結晶化度指数、23が得られます。
この記事では、中性または高荷電バイオポリマーおよび木材繊維から毛むくじゃらのナノ粒子の新しいクラスを準備する方法を実証されています。これらの新規のグラムREEN材料は、従来のナノ結晶セルロース（NCC）と比較して非常に優れたコロイドおよび表面特性を有しています。彼らはそのような環境修復、ナノメディシン、ナノ複合材料および材料科学などのアプリケーション、およびマイクロおよびナノ電気機械システム（MEMS / NEMS）の広い範囲で容易に行うことができます。本研究と発見は、セルロース系ナノテクノロジーの新たな地平を開きます。
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Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Q-90 softwood pulp | FPInnovations | - | - |
| Sodium periodate | Sigma-Aldrich | S1878-500G/CAS7790-28-5 | Light sensitive, strong oxidizer, must be kept away from flammable materials |
| Sodium chloride | ACP Chemicals | S2830-3kg/7647-14-5 | - |
| 2-Propanol | Fisher | L-13597/67-63-0 | Flammable |
| Ethylene glycol | Sigma-Aldrich | 102466-1L/107-21-1 | - |
| Sodium hydroxide | Fisher | L-19234/1310-73-2 | Strong base, causes serious health effects |
| Sodium chlorite | Sigma-Aldrich | 71388-250G/7758-19-2 | Reactive with reducing agents and combustible materials |
| Hydrogen peroxide | Fisher | H325-500/7722-84-1 | Corrosive and oxidizing agent, keep in a cool and dark place |
| Ethanol | Commercial alcohols | P016EAAN | Flammable |
| Hydrochloric acid | ACP Chemicals | H-6100-500mL/7647-01-0 | Strong acid, causes serious health effects |
| Hydroxylamine hydrochloride | Sigma-Aldrich | 159417-100G/5470-11-1 | Unstable at high temperature and humidity, mutagenic |
| Centrifuge | Beckman Coulter | J2 | High rotary speed |
| Fixed angle rotor | Beckman Coulter | JA-25.50 | Tighten the lid carefully |
| Dialysis tubing | Spectrum Labs | Spectra (Part No. 132676) | Cutoff Mw = 12-14 kD, Length ~ 30 cm, width ~ 4.5 cm |
| Aluminum cup | VWR | 611-1371 | 57 mm |
| Titrator | Metrohm | 836 Titrando | - |
References
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