细菌纤维素纳米纤维结构调控的初步研究

摘要

细菌纤维素丝带的组装主要分为三个阶段:葡萄糖在细菌细胞内的纤维素合酶合成位点转变成β-1，4-糖苷链并聚集成亚原纤维;亚原纤维从细胞排出后聚集成微纤维;微纤维进一步聚集成纤维素丝带。本文通过添加不同的化学试剂分别对纤维聚集的第二、三阶段的组装进行调控，考察各阶段对细菌纤维素最终形态的影响。此外本文又采用TEMPO催化氧化的方法，将丝带状的细菌纤维素分离，制备了较分散的细菌纤维素纳米纤维。
　　 在亚原纤维聚集阶段，添加荧光增白剂VBL，干扰亚原纤维的正常聚集，使纤维停留在较细小分散的亚原纤维阶段，得到了较分散的单根纳米纤维，约1.5-3nm。利用缓冲溶液将荧光增白剂洗脱，让分散的亚原纤维自由聚集，大部分亚原纤维不能聚集成纤维状。可以推断，细菌纤维素纤维的聚集过程与菌体的生命活动有密切的关系，当纤维的聚集没有伴随菌体的生命活动发生时，细菌纤维素得不到三维的纳米网络结构。
　　 微纤维组装成纤维丝带的阶段，利用生物还原剂、表面活性剂及纳米粒子等对微纤维聚集过程进行调控，考察这一阶段对细菌纤维素结构形成的影响。结果表明这一阶段的调控过程中，添加剂会一定程度改变细菌纤维素的显微结构及结晶结构。然而这一过程的调控不能从根本上对细菌纤维素的径向尺寸造成决定性的影响。
　　 采用TEMPO体系催化氧化细菌纤维素，使细菌纤维素伯碳上的-CH2OH氧化为-COOH，增加了微纤维之间的斥力，使微纤维相互分开，制备了尺寸约等于细菌纤维素微纤维尺寸的纤维素纳米纤维，约5-8nm。当细菌纤维素的结晶度较高时，氧化产物中有可能出现两到三根微纤维聚集形成的纤维。
　　 本文对细菌纤维素聚集过程分步研究，讨论了细菌纤维素的组装过程后两阶段对丝带结构的影响，为进一步研究细菌纤维素的组装机理奠定了基础。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 细菌纤维素的研究现状

1．1．1 细菌纤维素的工业微生物学研究现状

1．1．2 细菌纤维素的应用研究现状

1．2 细菌纤维素的生物合成过程与结构

1．2．1 细菌纤维素的胞内合成

1．2．2 细菌纤维素的胞外组装

1．2．3 细菌纤维素的聚集态结构

1．3 细菌纤维素结构的调控

1．3．1 细菌纤维素生物合成过程中的结构调控

1．3．2 化学法对纤维素结构的调控

1．4 课题的研究意义和主要研究内容

1．4．1 课题研究意义

1．4．2 主要研究内容

2 亚原纤维聚集成微纤维过程的调控

2．1 概述

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂及仪器

2．2．2 培养基的配制

2．2．3 休眠细胞的制备

2．2．4 亚原纤维样品的制备

2．2．5 产物的FT-IR定性分析

2．2．6 透射电镜样品的制备及表征

2．2．7 亚原纤维自由组装的SEM表征

2．2．8 亚原纤维自由组装的XRD表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 产物的定性分析

2．3．2 独立的亚原纤维样品

2．3．3 亚原纤维组装的SEM

2．3．4 完全自由组装的细菌纤维素的XRD

2．4 小结

3 微纤维聚集成纤维丝带的调控

3．1 概述

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 细菌纤维素的制备

3．2．3 细菌纤维素的微观形态

3．2．4 细菌纤维素的结晶结构

3．2．5 细菌纤维素的红外表征

3．2．6 持水量与复水率

3．3 结果与讨论

3．3．1 干扰因子的选择

3．3．2 原位修饰的细菌纤维素的SEM

3．3．3 原位修饰的细菌纤维素的XRD

3．3．4 原位修饰的细菌纤维素的FT-IR

3．3．5 原位修饰的细菌纤维素的亲水性

3．4 小结

4 TEMPO催化氧化制备细菌纤维素纳米纤维

4．1 概述

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂及仪器

4．2．2 细菌纤维素的催化氧化

4．2．3 羧基含量的测定

4．2．4 氧化细菌纤维素的结晶结构

4．2．5 氧化细菌纤维素的TEM

4．3 结果与讨论

4．3．1 反应条件对羧基含量的影响

4．3．2 氧化细菌纤维素的FT-IR

4．3．3 氧化细菌纤维素的XRD

4．3．4 氧化细菌纤维素的微观形貌

4．3．5 不同来源的细菌纤维素氧化产物对比

4．3．6 细菌纤维素纳米纤维分离模型

4．4 小结

5 结论与展望

5．1 本课题的主要结论

5．2 本文创新点

5．3 展望

致谢

参考文献