代谢工程技术调控3-羟基丁酸与3-羟基己酸共聚酯PHBHHx的微生物合成

3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚酯(PHBHHx)是一种新型生物可降解材料,其性能与3-羟基己酸(3HHx)在共聚物中的摩尔百分含量密切相关。本研究在两株嗜水性气单孢菌Aeromonas WQ和Aeromonas hy-drophila 4AK4中分别引入了编码酯酰辅酶A脱氢酶的yafH基因和编码合成3-羟基丁酸-CoA的phbA和phbB基因,将A.hydrophila WQ合成的PHBHHx中的3HHx的摩尔含量由3％-5％提高到20％以上;而A.hydrophila 4AK4合成的PHBHHx中的3HHx摩尔含量则由15％左右降低到3％～12％。成功地实现了对PHBHHx单体组成的调控。

重组嗜水气单胞菌Aeromonas hydrophila 4AK4中3-羟基丁酸3-羟基己酸共聚酯PHBHHx的发酵生产

3 羟基丁酸和 3 羟基己酸共聚酯 (PHBHHx)是一种性能优良的新型生物可降解材料 ,其机械和加工性能与3 羟基己酸 (3HHx)在共聚物中的含量密切相关。在嗜水气单孢菌Aeromonashydrophila 4AK4中引入了编码 β 酮基硫解酶 (β ketothiolase)的phbA基因和编码乙酰乙酰辅酶A还原酶 (Acetoacetyl CoAreductase)的phbB基因 ,使重组菌增加了一条利用乙酰辅酶A合成 3 羟基丁酸 CoA的代谢途径 ,这使得利用非相关性碳源调控PHBHHx的单体组成比例成为可能。利用葡萄糖酸钠和月桂酸作为碳源 ,对重组Aeromonashydrophila 4AK4进行了摇瓶培养及 5L发酵罐培养的研究。在摇瓶实验中 ,通过改变碳源中两种组分的比例 ,可以使A .hydrophila 4AK4合成的PHBHHx中的3HHx摩尔含量由原来的 15 %左右降低到 3%～ 12 % ,成功地实现了对PHBHHx单体组成的调控 ;当以月桂酸为唯一碳源时 ,在 5L发酵罐中 ,经过 5 6h的培养 ,获得了 5 1.5g L的细胞干重 (CDW) ,其中 6 2 %为PHBHHx,3HHx在PHBHHx中的摩尔含量为 9.7% ;当以 1:1的葡萄糖酸钠和月桂酸为碳源时 ,4 8h的 5L发酵罐培养获得了 32 .8g L的CDW和 5 2 %的PHBHHx含量 ,其中 3HHx在PHBHHx中的摩尔含量为 6 .7%。

聚乳酸/聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)共混纤维的结构及其织物染色性能

聚乳酸(PLA)与聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)共混纺丝是改善聚乳酸(PLA)纤维的耐热性和柔韧性的方法之一。为了揭示共混纤维结构对其织物染色性能的影响规律,借助热重分析仪、差示扫描量热仪、X射线衍射仪等手段分别对共混纤维和PLA纤维的微结构和热性能进行分析。采用高、中、低温3类分散染料,对2类纤维织物的染色升温速率曲线、提升性和各项染色牢度等性能进行了比较。结果表明:共混纤维中PLA与PHBV两相分离,PLA相具有与PLA纤维相似的晶型结构,其结晶度较高,而PHBV相中形成较低的结晶;与PLA纤维相比,共混纤维的熔点较高,玻璃化温度稍低,因此其能在较低的温度下达到上染平衡;在相同的染色条件下,共混纤维织物的表观染色深度几乎是PLA织物的2倍;2类纤维织物的耐皂洗色牢度性能均不够理想。

聚乳酸/聚3-羟基丁酸-戊酸酯共混纤维及其雪尼尔纱的染色动力学

为进一步了解生物可降解聚乳酸/聚3-羟基丁酸-戊酸酯(PLA/PHBV)共混纤维及其雪尼尔纱的染色性能,提高对含生物可降解聚酯纤维雪尼尔纱染色技术的可控性,研究了PLA/PHBV纤维及PET/(PLA/PHBV)雪尼尔纱的染色性能,探究了C.I.分散红60在雪尼尔纱及其原材料纤维上的染色动力学,并对各纤维的生物可降解性能进行了研究。结果表明:C.I.分散红60在PLA/PHBV纤维及PET/(PLA/PHBV)雪尼尔纱上的上染率随着温度的升高而明显提升,但为兼顾纤维的力学性能,染色温度不宜超过110℃;C.I.分散红60在PET纤维、PLA/PHBV纤维及雪尼尔纱3种材料上的吸附均符合准二级动力学方程,其在PLA/PHBV纤维上的染色平衡吸附量最高,在PET纤维上的最低,并且随着染色温度升高,C.I.分散红60在3种材料上的染色速率加快,半染时间缩短,扩散系数增大;各纤维的降解效率均随土埋时间的延长而提高,其中PLA/PHBV纤维的降解性能最好,PLA纤维次之,且PLA或PLA/PHBV生物可降解聚酯纤维的存在,可加快PET纤维的降解速率。

三维打印制备掺铁介孔硅酸钙/3-羟基丁酸-3-羟基己酸共聚酯复合支架

背景:由于三维打印技术便捷、快速、操控性强的突出优点及可构建复杂形状的能力,在组织工程支架制备领域表现出无可比拟的优势。目的:利用三维打印技术制备掺铁介孔硅酸钙/3-羟基丁酸-3-羟基己酸共聚酯复合支架,并进行表征及细胞相容性实验。方法:利用三维打印技术制备含铁摩尔百分比分别为0%,5%,10%,15%的掺铁介孔硅酸钙/3-羟基丁酸-3-羟基己酸共聚酯复合支架,分别记为0Fe-MCS/PHBHHx、5Fe-MCS/PHBHHx、10Fe-MCS/PHBHHx及15Fe-MCS/PHBHHx;扫描电镜观察支架浸泡于模拟体液前后的微观结构。将成骨细胞株MC3T3-E1分别接种于4组支架上,培养1,3,7 d,CCK-8法检测细胞增殖;培养7,14 d,检测细胞碱性磷酸酶活性。结果与结论:(1)与浸泡前相比,在模拟体液中浸泡3 d后,各组支架上出现了由矿化而形成的球形颗粒;(2)培养第1天,4组间细胞增殖无差异;培养第3天,15Fe-MCS/PHBHHx组细胞增殖显著高于其他3组(P<0.05);培养第7天,10Fe-MCS/PHBHHx组、15Fe-MCS/PHBHHx组细胞增殖明显高于0Fe-MCS/PHBHHx组(P<0.05),且15Fe-MCS/PHBHHx组高于10Fe-MCS/PHBHHx组(P<0.05);(3)培养第7天,4组细胞碱性磷酸酶活性无差异;培养第14天,5Fe-MCS/PHBHHx组、10Fe-MCS/PHBHHx组、15Fe-MCS/PHBHHx组细胞碱性磷酸酶活性明显高于0Fe-MCS/PHBHHx组(P<0.05),15Fe-MCS/PHBHHx组支架显著高于其他3组(P<0.05);(4)结果表明,掺铁介孔硅酸钙/3-羟基丁酸-3-羟基己酸共聚酯复合支架具有促进细胞增殖和成骨分化的能力。

3-羟基丁酸与3-羟基己酸共聚酯的血管内生物相容性(英文)

背景:可降解聚合材料3-羟基丁酸与3-羟基己酸共聚酯(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate,PHBHHx)具有良好的机械性能和生物可降解性。目的:在体研究PHBHHx的血管内生物相容性。方法:采用脱细胞羊肺动脉为支架,以PHBHHx涂层,构建复合补片,植入新西兰兔腹主动脉内,以脱细胞未涂层羊肺动脉片作为对照。分别于植入后第1,4,12周取出移植补片进行组织学、免疫荧光染色、扫描电镜和钙含量测定。结果与结论:复合补片管腔面光滑无血栓,内膜增生适度,再细胞化完全;免疫荧光染色可见新生内膜组织中类内皮细胞呈CD31阳性反应,单层连续排列,间质细胞呈平滑肌肌动蛋白阳性反应;复合补片的钙含量明显低于未涂层羊肺动脉片。说明PHBHHx的血管内生物相容性满意,是心血管组织工程较为理想的腔内涂层材料。

3-羟基丁酸-3-羟基己酸共聚酯纳米颗粒作为雷帕霉素缓释载体的应用研究

目的研究生物可降解高分子材料3-羟基丁酸-3-羟基己酸共聚酯(PHBHHx)作为疏水性药物雷帕霉素缓释载体的效果及其体外条件下对疏水性药物的缓释情况。方法超声乳化分散法制备PHBHHx载药纳米微球,颗粒尺度分析仪对颗粒粒径进行表征,透析袋法进行雷帕霉素体外缓释,高效液相色谱法检测雷帕霉素释放量。用包裹雷帕霉素的PHBHHx纳米颗粒处理体外培养的PC3细胞,MTT法检测细胞活力,Western blot检测mTOR底物p70S6K磷酸化情况。结果包裹雷帕霉素的PHBHHx纳米颗粒平均粒径为211.4nm,对雷帕霉素的包封率为92.5%,包裹雷帕霉素的PHBHHx纳米颗粒可以实现雷帕霉素的体外缓释,且能够抑制人前列腺癌细胞系PC3的体外增殖和胞内p70S6K的磷酸化。结论 PHBHHx是一种很有潜力的疏水性药物包封和递送载体材料。

3-羟基丁酸与3-羟基己酸共聚酯在心血管组织工程中的应用

为了研究可降解聚合材料3-羟基丁酸与3-羟基己酸共聚酯(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate,PHBHHx)的血管内生物相容性,采用脱细胞羊肺动脉为支架,以PHBHHx涂层,构建复合补片(Hybrid patch),植入New Zealand兔腹主动脉内(12只),以脱细胞未涂层羊肺动脉片(Uncoated patch)做为对照(12只)。分别于术后第1、4和12周处死动物,取出移植补片进行组织学、免疫荧光染色、扫描电镜和钙含量测定。结果表明:hybrid patch管腔面光滑无血栓,内膜增生适度,再细胞化完全:免疫荧光染色检测,新生内膜组织中类内皮细胞呈CD31阳性反应,单层连续排列,间质细胞呈现SMA阳性反应;钙含量测定,hybrid patch明显低于uncoated patch(P<0.05)。由此认为:PHBHHx的血管内生物相容性满意,是心血管组织工程较为理想的腔内涂层材料。

骨髓间充质干细胞复合表面改性的3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚酯膜的体外相容性

目的：研究大鼠骨髓间充质干细胞（BMSCs）在不同处理工艺的3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚酯（PHBHHx）膜材料上的生长、增殖情况，为组织工程学筛选出一种新型的适合细胞生长、增殖的生物材料。方法：用全骨髓培养法获得BMSCs，并行免疫荧光鉴定，同时在成骨诱导液中诱导BMSCs，钙钻法检测碱性磷酸酶（ALP），茜素红矿化结节染色；成脂诱导后行油红O染色。将不同处理工艺的材料与第3代BMSCs复合培养1、3、7d，通过扫描电镜、MTT法和中性红染色法分别观察细胞的形态、增殖变化及分布情况。结果：BMSCs免疫荧光鉴定CD44、CD106均呈阳性。经成骨诱导后，ALP呈阳性表达，矿化结节染色呈橘红色；经成脂诱导后，14d油红0染色呈阳性。细胞在经过碱处理或添加5％、10％中药涂层的PHBHHx膜材料表面均生长状态良好，增殖活力强且分布均匀。结论：经过碱处理的，且含5％、10％中药涂层的PHBHHx膜，具有良好的BMSCs相容性，可以作为一种新型的生物材料应用于组织工程。

鼠骨髓间充质干细胞诱导的成骨细胞与3-羟基丁酸/3-羟基己酸共聚物的体外相容性

目的探讨SD大鼠骨髓间充质干细胞(BMSCs)诱导的成骨细胞与3-羟基丁酸/3-羟基己酸共聚物(PHBHHx)支架材料的体外相容性,进一步验证PHBHHx材料作为骨组织工程支架材料的可行性。方法将SD大鼠BMSCs诱导的成骨细胞与PHBHHx支架材料体外复合培养,通过扫描电镜观察细胞与材料的复合情况,用MTT法检测材料对细胞增殖的影响。结果成骨细胞在PHBHHx支架材料表面及孔隙中能较好地黏附和增殖。结论 PHBHHx与成骨细胞有良好的体外相容性,是一种性能优良的骨组织工程支架材料。

端环氧型超支化聚酯对聚(3-羟基丁酸戊酸共聚酯)的改性研究

以2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)和三羟甲基丙烷(TMP)为原料,以对甲苯磺酸(P-TSA)为催化剂,通过"一步法"合成三代超支化聚酯(HBPE),然后采用环氧氯丙烷对HBPE进行改性,得到了具有端环氧基的三代超支化聚酯(EHBP-G3)目标产物,最后采用熔融共混法制备了EHBP改性的聚(3-羟基丁酸酯-co-3-羟基戊酸酯)(PHBV)树脂;通过差示扫描量热仪、偏光显微镜、力学性能和熔体流动速率等分析方法对制备的PHBV/EHBP共混物进行表征。结果表明,加入1.5%(质量分数,下同)三代超支化聚酯(EHBP-G3)时,PHBV/EHBP共混物的结晶度下降了16.1%,冲击强度提高了34.3%。

聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚丙烯接枝马来酸酐的制备及其性能

为获得高质量的聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚丙烯接枝马来酸酐(PHBV/PP-g-MAH)双组分材料,利用正交试验,采用不同熔融共混工艺参数制备了9种质量比为50∶50的PHBV/PP-g-MAH共混材料,优化正交工艺并研究其对共混材料的机械性能、相形态、结晶性能和热稳定性的影响.结果表明:PHBV/PP-g-MAH材料的优化共混工艺为共混温度180℃,螺杆转速40r/min,共混时间3min;在优化后的共混工艺条件下,PP-g-MAH分散相的数量平均半径和体积平均半径最小,分别为8.6μm和9.4μm,与力学性能分析结果吻合;在不同共混工艺参数下,PHBV/PP-g-MAH材料呈现不同的"海-岛"相分布,PHBV呈现不同的结晶度;当降温速率增大时,共混体系各组分结晶峰变宽,结晶温度减小,共混体系中PHBV的结晶温度明显提高;共混体系中PHBV的起始热分解温度达到了250℃,其热稳定性得到明显改善.

聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯)/聚乳酸共混物的增容研究

以聚氧化乙烯(PEO)、苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(REC)、乙烯-甲基丙烯酸甘油酯共聚物(EGMA)、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸甘油酯共聚物(E-MA-GMA)、马来酸酐接枝聚乳酸(PLA-g-MAH)为增容剂,通过熔融共混法制备了聚(3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯)/聚乳酸[PHBH/PLA=80/20(质量比,下同)]共混物,采用差示扫描量热仪、动态力学分析仪、扫描电子显微镜及电子万能试验机等研究了PHBH/PLA的热性能、表面形貌及力学性能,并依此判断共混物的相容性以及各相容剂对共混物相容性的影响。结果表明,PHBH和PLA呈部分相容;相容剂REC或PLA-g-MAH对PHBH/PLA具有相对较好的增容效果,共混物中PHBH与PLA两相的玻璃化转变温度(T_g)差值减小,共混物中分散相粒径尺寸减小且分布均匀,当添加4%的REC和PLA-g-MAH后,共混物的冲击强度分别提升了43.8%和53.6%,断裂伸长率分别提升了100%和120%。

聚(3-羟基丁酸-co-4-羟基丁酸共聚酯)降解菌株的选育及其降解特性

从工业污水中筛选出一株可高效降解聚（3-羟基丁酸-co-4-羟基丁酸共聚酯）（P3/4HB）的真菌菌株,经形态学鉴定和系统发育学分析,鉴定该菌株为烟曲霉,命名为Aspergillus sp.DS0906。该菌株还能够特异性降解高分子聚酯聚3-羟基丁酸酯、聚（3-羟基丁酸酯-co-4-羟基戊酸共聚酯）和聚丁二酸丁二醇酯,但是不能降解聚乳酸和聚ε-己内酯。菌株发酵粗酶液的最适反应温度为60℃,在10～50℃之间酶的温度稳定性较好,最适反应p H值为6.0,在p H=6.0～8.0的范围内稳定性较高。Aspergillus sp.DS0906粗酶液降解P3/4HB的产物为羟基丁酸单体,推测降解酶以每次剪切一个羟基丁酸单元的外切酶模式发挥降解作用。

聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚丙烯接枝马来酸酐的相容性

为给熔喷非织造材料的制备提供理论参考,采用熔融共混的方法分别制备了质量比为100∶0、75∶25、50∶50、25∶75、0∶100的熔喷用聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚丙烯接枝马来酸酐(PHBV/PP-g-MAH)共混材料。利用差示量热扫描仪、X射线衍射仪和红外光谱仪分别对PHBV/PP-g-MAH共混体系的相容性进行了研究,并用扫描电镜观察了共混体系的相分布形态。结果表明:共混体系出现了分离的玻璃化温度,表明2种组分总体不相容;在衍射角22.8°处没有出现PHBV的衍射峰,说明PP-g-MAH改变了PHBV结晶区的分子链排列;在1 710 cm-1处共混体系出现新的吸收峰,即二者之间的化学键生成了酯基;当共混比例不同时,共混体系呈现不同的"海-岛"相分布形态。

熔喷非织造用聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚乳酸双组分生物降解材料的可纺性能

采用熔融共混法制备了质量比为100/0、75/25、50/50、25/75、0/100的熔喷非织造用PHBV/PLA共混材料,分别采用热重分析法(TG)、熔融指数法(MFI)、热台偏光镜法(POM)和毛细管流变法对共混材料的可纺性能进行了研究,并对其初生纤维的纺丝性能给予了初步评价。研究表明:PHBV的热稳定性差,加工窗口窄且熔体流动性差,PHBV/PLA共混材料的热稳定性和熔体流动性明显改善;PHBV结晶速率快,PLA对PHBV的结晶具有稀释作用;PHBV/PLA共混物为典型的切力变稀型流体,PHBV对温度和剪切速率变化敏感度高,PHBV/PLA共混材料的表观黏度随PLA含量的提高而有所增大,但均小于纯PLA;PHBV纤维发黏现象严重,纺丝困难,随着共混材料中PLA含量的提高,纺丝性能提高,初生纤维表面变得光滑。

嗜水性气单孢菌利用豆油生产3-羟基丁酸和3-羟基己酸共聚物

以嗜水性气单孢菌Aeromonashydrophila 4AK4 ,利用含有豆油的碳源为底物 ,实现了聚3 羟基丁酸和 3 羟基己酸共聚物 (PHBHHx)的发酵生产 ,克服了用月桂酸的生产中碳源成本高、起泡、产物难分离等问题 .当以豆油为唯一碳源 ,经 4 8h培养 ,通过限制氮、磷、氧 3种营养条件 ,可获得菌体细胞干重 (CDW ) 19.5 g/L ,PHBHHx质量浓度 10 .8g/L ;若以豆油和月桂酸为混合碳源 ,获得CDW 4 2 .2 g/L ,PHBHHx质量浓度 16.8g/L .发酵进行 12h后 ,3 羟基己酸 (3 HHx)在PHB HHx中含量稳定 ,仅在 10 %～ 13%之间变化 .结果表明 。

纺粘非织造用聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)的可纺性

为获得高质量的聚乳酸/聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)(PLA/PHBV)双组分生物降解纺粘非织造材料,对PLA/PHBV母粒的相对分子质量及分布、熔体指数、热力学、结晶和流变性能进行了研究,并对PLA/PHBV纺粘纤维的热力学和结晶性能进行了探讨。结果表明:PLA/PHBV母粒重均分子质量约为120 000,分布指数为1.99;热失重起始热分解温度为285℃,适宜纺粘非织造挤出加工,合适的纺粘加工温度约为210℃。PLA/PHBV熔体在剪切速率小于1 000 rad/s时,表观黏度对剪切速率变化敏感;熔体对温度的敏感程度随着剪切速率的增大而降低。纺粘加工工艺对PLA/PHBV原料的热力学和结晶性能影响显著。与PLA/PHBV母粒相比,纺粘纤维结晶度下降明显,但非晶区取向程度提高。

3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯负载人骨髓间充质干细胞在骨组织工程中的应用

背景:3-羟基丁酸-4-羟基丁酸共聚酯(P3HB4HB)是近年来受到重视的聚羟基脂肪酸酯族组织工程支架材料,具有良好的生物相容性和细胞黏附性以及优良的力学性能,在组织工程研究领域显示出良好的应用前景。目的:验证P3HB4HB支架材料与人骨髓间充质干细胞的体外生物相容性及体内异位成骨能力。方法:(1)将第5代人骨髓间充质干细胞种植于P3HB4HB三维支架上使用成骨诱导液培养5 d,采用吖啶橙荧光染色及扫描电镜观察细胞在支架上的生长情况;(2)将第5代人骨髓间充质干细胞种植于P3HB4HB支架上体外使用成骨诱导液培养为实验组,不使用成骨诱导液培养为对照组,两组培养14 d后分别植入裸鼠皮下,植入后16周时取出行苏木精-伊红染色,Vonkossa染色和Ⅰ型胶原免疫组化染色检测植入物体内异位成骨情况。结果与结论:(1)吖啶橙荧光染色显示细胞黏附于支架材料表面,生长良好;(2)扫描电镜观察成骨诱导的人骨髓间充质干细胞在P3HB4HB支架上生长良好,细胞产生丰富的细胞外基质;(3)植入16周时大体观形成骨样组织,Vonkossa染色、Ⅰ型胶原染色呈阳性,苏木精-伊红染色见较多成骨细胞,有典型的骨陷窝出现,对照组无骨组织形成;(4)研究表明P3HB4HB适合作为骨组织工程支架材料。

聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)/聚乳酸阻燃纤维的制备及其性能

为制备具有阻燃性的生物可降解纤维,将聚(3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯)(PHBV)、聚乳酸(PLA)和聚磷酸铵(APP)通过熔融共混方式制备PHBV/PLA/APP复合材料并进行熔融纺丝,同时对其热学性能、热稳定性、拉伸性能和阻燃性能进行表征。结果表明:APP的引入对复合材料的冷结晶温度和熔融温度没有明显影响;随着APP质量分数的增加,复合材料的热稳定性和残炭率提高;随着牵伸倍数的增加,PHBV/PLA/APP复合纤维的断裂强度增大,且其断裂强度随APP的质量分数的增加呈先增加后减小趋势,当APP质量分数为5%时,断裂强度出现最大值;复合纤维的阻燃性能随APP质量分数的增加而提高,当APP质量分数达到10%时,阻燃效果最佳,其极限氧指数为32.3%,阻燃等级达到V-0级,且燃烧过程中无熔滴现象。