中国科学家实现化学-生物杂合过程驱动二氧化碳合成生物塑料聚羟基丁酸酯

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一种绿色环保的高分子生物材料,目前PHA的生产方式主要以糖类或植物油为原料通过发酵法合成,但原料成本过高等因素限制了PHA大规模商业化生产。聚羟基丁酸酯(PHB)是最为常见的PHA,可以CO_(2)为原料,通过光合自养、微生物电合成、化学-微生物细胞工厂耦合等固碳系统合成,但其生产效率和能量效率一直较低,无法满足工业化生产需要。

壳聚糖-聚羟基丁酸酯接枝共聚物的制备与表征(英文)

背景:壳聚糖/聚羟基丁酸酯共混或共聚材料的研究因壳聚糖和聚羟基丁酸酯特殊的生物来源而倍受关注,但尚无合适的方法对二者进行有效的聚合。目的:在均相条件下,以温和的引发剂引发获得壳聚糖/聚羟基丁酸酯接枝共聚物。设计、时间及地点:单一样本试验,于2007-08/10在西安建筑科技大学化学实验研究中心完成。材料:壳聚糖(DD=100%,Mη=123000,为日本Kyoto公司产品。聚-3-羟基丁酸酯由购自Aldri chchemicals的聚羟基丁酸酯树脂在醋酸中降解精制得到,Mr10000。方法:以过氧化二苯甲酰为引发剂,在醋酸-二甲基亚砜复合体系中进行聚-3-羟基丁酸酯与壳聚糖的接枝反应。反应温度为85℃,在氮气保护下反应5h。红外分析、核磁共振分析和元素分析证实了接枝反应的发生及接枝产物的化学结构。用广角X射线衍射和热重/差热分析分别表征了接枝产物的晶体形态和热稳定性。主要观察指标:接枝产物的化学结构、晶体形态、热稳定性。结果:产物经红外分析、核磁共振及元素分析证实了接枝反应的发生,广角X射线衍射和热重分析表明,接枝产物的结晶状态不同于壳聚糖和聚羟基丁酸酯,且具有一定的热稳定性。结论:以过氧化二苯甲酰为引发剂,可以制备出性质稳定的壳聚糖/聚羟基丁酸酯接枝共聚物。

聚羟基丁酸酯缓释微球的制备与性能

用溶剂蒸发法制备了以新型生物可降解材料聚羟基丁酸酯为载体、以安定为模药的缓释微球 ,讨论了药物与载体之比对药物含量与包封率的影响 ,以及制备微球条件对药物释放性能的影响 ;微球平均粒径为3 0～ 40 μm ,粒径分布在 1～ 1 .5之间 ,最大载药量为 1 9.5 1 % ;最高包封率为 67.1 1 % ;体外累积释放曲线呈“两相”释放特征并拌随初始的“突释效应”。扫描电镜观察微球表面呈皱缩表观形态结构 ,微球内部横断面具有孔道与孔洞 ,在 4℃与室温 (2 0～ 2 5℃ )条件下密封 ,避光环境下性质稳定。

聚羟基丁酸酯作为引导组织再生膜材料的初探

目的 :研制一种有一定机械强度又可体内降解的引导组织再生膜 ,探索聚羟基丁酸酯作为引导组织再生膜的可行性。方法 :采用溶剂挥发法制备PHB膜 ,将膜植入动物体内 ,分别于 1周 ,1、2、3月取PHB膜及周围组织考察体内降解性 ,评价组织相容性。结果 :溶剂挥发法制备PHB膜具备足够的机械强度 ,可在体内缓慢降解 ,具有良好组织相容性。结论 :PHB膜能满足作为引导组织再生膜的基本要求 。

二维傅里叶变换红外(2D FTIR)相关光谱技术研究聚羟基丁酸酯(PHB)的熔融与结晶

应用新型二维傅里叶变换红外 (2 D FTIR)相关光谱研究细菌合成聚羟基丁酸酯 (PHB)在升温时的预熔行为以及降温后的重结晶过程 .在 2 5～ 2 2 0℃的变温过程中测得动态红外光谱 .着重讨论了在热力学干扰导致红外谱图中羰基峰 (1 70 0～ 1 770 cm- 1 )和醚键 (1 2 3 0～ 1 3 1 0 cm- 1 )吸收强度的波动 .结果表明 ,这种影响来自样品中 PHB的结晶态和非晶态之间的相态变化 .二维谱图分析表明 ,在热熔过程中 ,结晶态的消失并不同时引起完全非晶态的出现 ,暗示在分子排列高度有序的晶态和非晶态之间存在某种中间态 ,PHB晶体向非晶态转变时必须经过一个预熔过程 .在红外谱图上这个中间态很可能对应着由二维分析显示出来的位于 1 73 0 cm- 1 的吸收峰 .同时 ,在

聚羟基丁酸酯环带球晶的形貌研究

On polyhydroxybutyrate banded spherulites, concentric rings were observed between cross polarizers or without polarizers. The rings used to be considered as cracks. In this paper, we provide evidences to distinguish the concentric rings from cracks observed on PHB spherulites. Furthermore, atomic force microscopy confirmed that these concentric rings with varying spacing were growth terraces rather than cracks. The height of the terraces reached up to several hundred nanometers. It was observed that the external terraces were higher than the internal terraces, which was proposed to result from layer by layer growth. This is the first report on the new microscopic feature of polyhydroxybutyrate spherulites. Spherulites with birefringent bands, wavy fluctuation of height were also observed.

聚羟基丁酸酯及其在生物医学领域中的应用

简要介绍了生物可降解聚合物聚羟基丁酸酯 (PHB)的合成、提取及改性技术 ,重点评述了

应用聚羟基丁酸酯支架构建组织工程软骨

目的 :探索聚羟基丁酸酯支架复合软骨细胞构建软骨组织的可行性和方法。方法 :应用多孔聚羟基丁酸酯 ,孔径为 30 0～ 40 0 μm ,空隙率为 85 % ,经过 10 0mg/L人纤维粘连蛋白的表面修饰 ,接种兔耳廓软骨细胞 ( 4× 10 7/ml) ,以自体细胞移植方式将聚羟基丁酸酯 /软骨细胞复合物植入新西兰兔皮下 ,在移植后第 4、8周进行大体标本、HE染色和番红 O染色观察新生软骨组织的形成情况。对照组为聚羟基丁酸酯支架植入。结果 :实验组显示 ,第 4、8周大体标本外观像软骨组织 ,第 4周组织学观察显示有软骨组织形成 ,但细胞外基质较少 ,第 8周软骨趋向成熟 ,有较多的基质形成。结论 :聚羟基丁酸酯支架材料可以用于组织工程骨的构建。

聚羟基丁酸酯的化学合成及生物降解性

提出了3 羟基丁酸乙酯本体聚合制备聚羟基丁酸酯(PHB)的工艺,设计了一套制备PHB的试验装置,确定了反应的试验方案。试验结果表明:在一定的反应时间范围内,随反应系统的压力降低及反应时间的延长,产物的摩尔质量逐步升高。还对化学法合成和生物发酵制备的PHB进行了生物降解性研究,确定了假单胞杆菌为降解PHB的主要菌类,化学合成的PHB可以被土壤中的细菌完全降解。

聚羟基丁酸酯膜引导即刻植入种植体周围骨组织再生的研究

目的 :评价聚羟基丁酸酯 (PHB)膜引导种植体周围骨组织再生的效果。方法 :在狗下颌骨即刻植入种植体的颊侧形成骨缺损 ,覆盖PHB膜 ,与钛膜及空白对照比较 ,术后 1、2、3个月分别取标本 ,采用大体观察、X线摄片、组织学、四环素荧光标记方法观察骨组织再生情况。结果 :PHB膜组种植体周围骨缺损区较空白组有更多的新生骨充填 ,加速了骨再生过程 ,与钛膜组类似。结论 :PHB有良好的生物相容性 ,可以用作骨组织引导再生膜。

成纤维细胞在聚羟基丁酸酯表面黏附与种植研究

可降解高分子聚合物广泛应用于组织工程 ,其表面的黏附特性影响细胞的种植与生长。我们研究了成纤维细胞系 NIH3 T3在可降解材料聚羟基丁酸酯 ( PHB)表面的黏附和生长。应用线性变剪切流槽研究 NIH3 T3细胞在材料表面的黏附力学特性 ,结果表明 ,由于在 PHB表面的临界脱离剪应力较低 ,高密度接种时细胞趋于聚集 ;在经多聚赖氨酸衣被的表面临界脱离剪应力提高 ,细胞铺展生长。对三维 PHB多孔支架种植细胞实验表明 ,在PHB材料表面进行多聚赖氨酸衣被 ,可以有效地提高细胞种植效率。

聚羟基丁酸酯在组织工程中的应用

介绍了生物可降解聚羟基丁酸酯 (PHB)在软骨、骨、皮肤、心脏瓣膜、血管。

聚羟基丁酸酯(PHB)对水中微量多环芳烃的仿生吸附

基于生物体组织可对水体中低浓度有机污染物的高倍富集现象,以一种微生物细胞内广泛合成的聚羟基丁酸酯(PHB)为吸附剂,对水溶液中微量的多环芳烃(PAHs)进行仿生吸附研究.实验选取萘、菲和芘为模型污染物,考察了温度、时间、溶液pH和吸附剂用量等因素对吸附效果的影响,并分别以经典的吸附动力学模型、等温吸附模型和吸附热力学模型对吸附过程的机理进行了分析.结果表明,PHB对微量的萘(<1500μg.L-1)、菲(<1000μg.L-1)和芘(<130μg.L-1)具有较高的吸附速率,分别在60、120、80 min即可基本达到平衡,吸附动力学符合拟二级动力学模型;3种多环芳烃的等温吸附曲线用Henry、Langmuir和Freundlich方程进行拟合,线性关系良好,反映出PHB仿生吸附剂与PAHs之间存在着"吸溶"作用而非通常的位点吸附;考察分配系数Kd与Kow、温度的关系,发现Kd与Kow呈正相关,与温度呈负相关;低温有利于吸附,PHB对菲和芘的吸附为自发过程,而对萘的吸附为非自发过程.上述仿生吸附原理的阐明对微污染水处理技术的研究具有重要指导作用.

聚羟基丁酸酯与骨髓基质细胞构建组织工程骨的实验研究

取 4周龄新西兰兔骨髓 ,分离骨髓基质细胞 ,体外培养 ,经诱导分化为成骨细胞 ,接种于聚羟基丁酸酯 (PHB)泡沫材料中 ,并植入裸鼠背部皮下 ,对照组单纯植入PHB。植入 4、8周后行X线摄片和组织学观察 ,观察新骨形成情况。结果显示 ,PHB与骨髓基质成骨细胞植入裸鼠皮下 4周后 ,局部形成骨组织 ,可见大量成骨细胞 ,某些部位可见红色的骨基质形成 ;8周形成大量新生骨组织 ,可见板层骨。对照组未见骨形成。

聚羟基丁酸酯膜覆盖拔牙创的实验研究

目的 :探讨采用改性和单聚聚羟基丁酸酯膜 (PHBm)引导拔牙窝骨修复和改建的效果。方法 :拔除 4只家犬双上下颌骨两颗前磨牙 ,分别采用改性PHBm覆盖、单聚PHBm覆盖及无膜空白对照处理。通过大体观察、X线片、组织病理学、四环素荧光显微观察和同位素骨扫描检查牙槽嵴情况。结果 :与无膜空白对照相比 ,改性和单聚PHBm组修复、重建速度加快 ,较好地保持了牙槽嵴的外形和高度。结论 :拔牙后应用改性PHBm和单聚PHBm覆盖拔牙创 ,能保护拔牙创内的血凝块 ,加速骨再生过程 ,可保持牙槽嵴良好外形及高度。

聚羟基丁酸酯可吸收缝线生物相容性的实验室研究

目的:研究聚羟基丁酸酯(Polyhydroxybutyrate,PHB)可吸收缝线的生物相容性。方法:①将成纤维细胞进行体外培养,传代后与PHB可吸收缝线复合培养,设与经聚氰基丙烯酸酯处理过的PHB可吸收缝线复合培养为对照组,观察细胞生长情况;②行扫描电镜检查观察细胞在丝线上的生长情况;③以MTT法检测复合培养后的细胞活性。结果:①实验组细胞生长良好,对照组细胞漂浮,收缩成团;②扫描电镜下见细胞在丝线上贴附生长良好;③MTT法检测实验组对细胞增殖无明显影响。结论:PHB可吸收缝线具有良好的生物相容性。

壳聚糖-聚羟基丁酸酯共混膜的制备与性质

以乙酸为共溶剂,制备了壳聚糖-聚羟基丁酸酯(CTS-PHB)共混膜,利用红外光谱(FT-IR)、广角X粉末衍射(WAXD)、扫描电镜(SEM)及差热分析(DTA)表征了共混膜的化学组成、晶形、形貌和热稳定性能。研究表明:CTS和PHB可在体积百分数为62.5%的乙酸溶液中共混,形成表面光滑、不透明的膜,干态共混膜具备一定的力学强度。各比例的CTS-PHB共混膜有相同的热分解温度,共混膜的形貌特征随两组分质量配比变化,其中mPHB/mCTS=1/1的共混膜显示出良好的有序结构。

聚羟基丁酸酯球晶的微观结构及其对力学性能的影响

本文采用基于数字图像相关计算技术的显微数字分析系统,结合原子力显微镜等,实验研究了晶态高聚物聚羟基丁酸酯(PHB)的细观结构及对其力学性能的影响规律。结果发现:实验用的PHB球晶是台阶式生长或螺旋式生长,其生长台阶高度差在200nm^500nm之间;PHB球晶同心圆环随着结晶温度的提高,同心圆环的环间距增大。球晶结晶度、球晶尺寸对冲击强度、拉伸强度以及断裂伸长率的影响呈线性关系。

聚羟基丁酸酯的等温与非等温结晶动力学

用差示扫描量热法(DSC)研究了聚羟基丁酸酯(PHB)的等温与非等温结晶动力学。采用Avrami方程分析了等温结晶动力学,Avrami指数n≈2,表明PHB以异相成核的二维平面晶体方式生长,等温结晶活化能为82.4 kJ/min。采用Jeziorny法和莫志深法分析了PHB的非等温结晶动力学,Avrami指数n≈3,表明PHB非等温结晶过程以异相成核的三维球晶方式生长。

纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯骨组织工程支架的制备及性能表征

背景:高分子聚合物聚羟基丁酸酯具有优良的生物相容性、生物降解性及压电性,但也存在脆性大、亲水性较差等不足。目的:制备不同组成比例的电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯纤维支架材料,分析其结构及性能。方法:通过气流-高压静电纺丝技术制备纳米羟基磷灰石质量百分比分别为0、10%、20%、30%的电纺纳米羟基磷灰石/聚羟基丁酸酯纤维支架,检测支架材料的微观结构、基团组成、晶相分布、热学性能及表面润湿性。结果与结论:扫描电镜观察显示,随着纳米羟基磷灰石含量的增大,越来越多的纳米羟基磷灰石颗粒分布于复合纤维表面且分布趋于均匀,到含量达到30%时,纳米羟基磷灰石已基本布满纤维表面,纤维表面的粗糙度也随之增加;差示扫描量热法及X射线衍射结果表明,纳米羟基磷灰石的加入可以降低复合纤维中聚羟基丁酸酯的结晶度及结晶规整程度,且纳米羟基磷灰石含量越大效果越明显;随着纳米羟基磷灰石含量的增大,复合支架表面的接触角逐渐降低,亲水性有所提高。表明将纳米羟基磷灰石与聚羟基丁酸酯复合进行电纺可以有效提高材料的表面润湿性及结晶度,改善材料的亲水性及脆性,且纳米羟基磷灰石含量越高作用越明显。