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基于贻贝仿生制备功能性生物多糖纳米复合材料

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基于贻贝仿生制备功能性生物多糖纳米复合材料

作者：熊丽红南京林业大学

学位级别：硕士

通过开发生物质材料有望解决石油资源快速消耗和白色污染问题。生物多糖作为生物质聚合物的典型代表之一,具有来源丰富、可再生、生物相容性好及可生物降解等优点。为了克服单一多糖材料质脆、耐水性差、性能单一等缺点,构建功能性纳米... 详细信息

通过开发生物质材料有望解决石油资源快速消耗和白色污染问题。生物多糖作为生物质聚合物的典型代表之一,具有来源丰富、可再生、生物相容性好及可生物降解等优点。为了克服单一多糖材料质脆、耐水性差、性能单一等缺点,构建功能性纳米复合材料是有效的解决办法。生物多糖基纳米复合材料是生物多糖基质和纳米尺度的无机/有机增强材料的组合,不仅能实现机械性能的增强,还能衍生出独特的功能特性。在制备纳米复合材料过程中,良好的纳米填料分布及产生有效耗散能量的界面是实现其良好性能的关键。受贻贝粘附蛋白的超分子结构及其儿茶酚侧链通过产生多种非共价和共价相互作用而具有强大的粘附能力的启发,将植物来源的儿茶酚衍生物用于填料的表面修饰可以促进填料的分散并为填料与基体之间的相互连接提供桥接,从而增强纳米复合材料的内部网络。源自儿茶酚的活性末端基团也能为其他功能性分子的引入提供有效的反应位点。基于此,本文以生物质多糖聚合物为基底物质,纳米纤维素和纳米钛酸钡作为增强填料;通过贻贝仿生策略对纳米填料进行修饰改性和界面结构设计来构筑多重键合作用,以制备多功能壳聚糖薄膜和多功能海藻酸钠-聚乙烯醇导电水凝胶应变传感器,为扩大生物多糖材料的应用提供新思路和新方法。具体研究工作如下:(1)贻贝仿生修饰的纳米纤维素用于制备功能性壳聚糖复合薄膜。通过超分子作用制备木质素磺酸钠功能化的纤维素纳米纤维复合物,并与季铵盐超支化聚酰胺结合,引入壳聚糖聚合物中,以构筑超分子和超支化交联网络,从而实现壳聚糖复合材料性能的增强。EDS元素分布图像显示了季铵盐超支化聚酰胺和功能化纤维素纳米纤维在壳聚糖基体中均匀分布。柔性超支化网络和刚性功能化纤维素纳米纤维的协同作用使壳聚糖复合薄膜的韧性显著提高到19.1 MJ/m,比未改性壳聚糖膜的韧性提高了170.2%。紫外透过率的显著降低也证明了改性壳聚糖复合薄膜具有优异的紫外线屏蔽能力。此外,抗菌实验表明带有大量正电荷的阳离子季铵盐超支化聚酰胺能够显著提高壳聚糖复合薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。(2)贻贝仿生修饰的纳米纤维素/氧化锌量子点用于制备功能性壳聚糖复合薄膜。利用原儿茶醛分子上丰富的醛基基团和多酚羟基的多功能反应特性,在纤维素纳米纤维和氧化锌量子点表面包覆原儿茶醛表面层,并与超支化聚酰胺同时引入壳聚糖聚合物中,制备得到了由儿茶酚化学、超支化交联及金属配位等多重作用协同增强的壳聚糖基纳米复合薄膜。贻贝仿生化学改性明显提高了纳米增强材料与壳聚糖基质间的作用力,结果表明,功能性壳聚糖复合薄膜的断裂伸长率和拉伸强度同时得到提高,最大值分别为42.5%和45.3MPa。壳聚糖复合薄膜的表面疏水性、热稳定性和紫外屏蔽性能也得到明显改善。另外,引入功能性氧化锌量子点和含多酚基团的原儿茶醛明显提高了壳聚糖复合薄膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。(3)贻贝仿生修饰的纳米钛酸钡用于制备多功能海藻酸钠-聚乙烯醇导电水凝胶。以纳米钛酸钡为构筑基元,通过贻贝仿生化学制备单宁酸包覆的纳米钛酸钡复合物,引入到硼砂交联的海藻酸钠-聚乙烯醇中,通过简单的一锅法制备多功能生物多糖基导电柔性水凝胶。结果表明,由动态可逆硼酸酯键和单宁酸介导的相互作用(包括氢键和配位键)构成的交联网络,使得水凝胶具有优异的自修复能力和明显提高的力学性能,水凝胶的最大强度和韧性分别为52.3 KPa和587.1KJ/m。同时,单宁酸中丰富的活性儿茶酚基团与水凝胶增强的内聚力共同赋予了水凝胶对各种无机和有机材料稳固且无残留的粘附性,与木材的粘合强度高达67.5 KPa。改性水凝胶的高韧性、导电性、粘附性和自修复性能的结合,使其应用于可穿戴应变传感器时,可以实现对人体运动的稳定实时监测。

关键词：贻贝仿生纳米复合材料生物多糖活性薄膜多功能导电水凝胶

海洋生物多糖/无机氧化物复合膜的制备与性能研究

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海洋生物多糖/无机氧化物复合膜的制备与性能研究

作者：林玉凤青岛大学

学位级别：硕士

传统不可降解包装材料给人们生活带来便利的同时,也对自然环境造成严重的威胁,如石化资源枯竭、水土资源流失、土地沙化等问题日益严重。当前,学术界致力于可再生、可降解材料的研发以改善生态环境。随着我国陆地资源的过度开发和人们... 详细信息

传统不可降解包装材料给人们生活带来便利的同时,也对自然环境造成严重的威胁,如石化资源枯竭、水土资源流失、土地沙化等问题日益严重。当前,学术界致力于可再生、可降解材料的研发以改善生态环境。随着我国陆地资源的过度开发和人们环保意识的提升,丰富可再生的海洋资源将成为首选材料。这也符合我国海洋强国战略提出的“提高资源开发能力、发展海洋经济”的理念。从天然海洋生物中提取的卡拉胶、海藻酸钠和壳聚糖具备无毒、较好的生物相容性、易凝胶化和易成膜等优势,能够较好地避免传统包装材料难降解等问题,被广泛应用于医疗和食品包装领域。本文通过流延法、热铸法和逐层自组装法制备了生物多糖复合膜。通过添加无机氧化物SiO、ZnO、CuO、FeO颗粒,研究了多糖无机氧化物复合膜的力学性能、耐水性、紫外线屏蔽、阻燃和抗菌等性能,旨在制备出替代传统不可降解包装材料的薄膜。本论文主要包括以下三个方面:1.通过流延法和热铸法制备不同含量纳米SiO的卡拉胶/海藻酸钠/纳米SiO复合膜(F)。研究了纳米SiO含量对卡拉胶/海藻酸钠复合膜性能的影响。F的SEM表明纳米SiO能均匀地在复合膜中分散;F的XRD和FTIR表明SiO和多糖之间存在相互作用。0.5wt%纳米SiO复合膜的断裂强度为61.57MPa,高于不含纳米SiO的复合膜。这与纳米SiO和分子链间形成的相互作用力有关。同时,纳米SiO的加入提高了薄膜抗紫外线的作用,改善了复合膜的溶胀性和水蒸气透过率。2.通过流延法和逐层技术制备了卡拉胶/纳米ZnO/壳聚糖复合薄膜(F)。SEM显示薄膜具有良好的形态和相容性。FTIR和XRD表明纳米ZnO和多糖之间形成相互作用,XPS和XRD表明明ZnO转化为Zn。拉伸测试结果表明该薄膜的断裂强度为51.49 MPa,是F薄膜的1.5倍。这是因为ZnO纳米颗粒和CS溶液中的醋酸相互作用形成了Zn,其中一些与CA中的-OSO基团交联,从而提高了机械性能。同时,薄膜的水接触角达到91.4°,符合疏水膜的指标。该薄膜也提高了复合膜的阻水性、热稳定性以及抗菌的效果。3.通过流延法和逐层技术制备了卡拉胶/金属氧化物/壳聚糖复合薄膜。将卡拉胶粉末溶解于纳米金属氧化物的分散液中,然后将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中,通过逐层法制备了具有阻燃抗菌性能的多糖纳米复合膜:F和F。光学照片显示多糖纳米复合膜具有规则的形貌,表现出较好的阻燃性和一定的抗菌性。其中,F对金黄色葡萄球菌有更好的抑菌效果;相比F,F的极限氧指数值为38%,具有较好的阻燃性能。

关键词：生物多糖纳米颗粒复合膜抗菌阻燃

用于全固态超级电容器的生物多糖凝胶电解质制备及其储能机制研究

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用于全固态超级电容器的生物多糖凝胶电解质制备及其储能机制研究

作者：吕良青岛大学

学位级别：硕士

近年来,科学技术在高质量发展的同时,对燃料能源的需求量也在不断提高,与之而来的环境污染问题引起了人们的高度警觉。开发高容量的绿色清洁储能设备是缓解化石燃料过度开采和使用所带来的能源和环境问题的有效策略。超级电容器(SCs)因... 详细信息

近年来,科学技术在高质量发展的同时,对燃料能源的需求量也在不断提高,与之而来的环境污染问题引起了人们的高度警觉。开发高容量的绿色清洁储能设备是缓解化石燃料过度开采和使用所带来的能源和环境问题的有效策略。超级电容器(SCs)因其电化学稳定窗口宽、充放电速率快、容量大等优点而成为储能设备的研究热点。目前传统的超级电容器通常采用液态电解质,然而其存在的电解液泄漏等安全问题大大限制了其进一步的发展。同时,人们在高新电子产品领域的需求不断提高,对于设计更安全和更便携的电子器件提出了更为严苛的要求。以凝胶聚合物(GPE)为电解质的全固态超级电容器(SSCs)因其离子电导率高、制备简单、操作安全等优点而成为很有前景的液态超级电容器替代品。目前常用的聚合物基质如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚丙烯腈等高分子聚合物往往存在易燃、热稳定性差、电化学性能不理想等缺点。现阶段,设计一种新型的具有高比容量和高安全性的凝胶聚合物体系迫在眉睫。生物多糖是一类来源广泛、环境友好、绿色可再生的天然生物质大分子,因为其具有优异的自凝胶性和自阻燃性特点,在凝胶聚合物电解质的研究中具有极大的潜力。同时,通过添加剂调控体系结构,降低界面阻抗,提高凝胶聚合物电解质体系的电化学性能尤为重要。本文以琼脂和黄原胶为研究对象,利用其优异的亲水性和成膜性用作全固态超级电容器的凝胶聚合物电解质。通过解析琼脂、黄原胶的微观结构和表面性质,利用其表面的羟基和羧基基团,结合氢键原理,将生物多糖大分子聚合物和碳材料键合形成具有高离子电导率的双网络结构,提出了生物多糖基凝胶固态电解质膜复合的新方法,揭示了不同聚集态结构对锂氧配位的影响及大分子链段运动对锂离子扩散影响规律,实现了高离子电导率的柔性阻燃生物多糖基凝胶固态电解质材料的高效合成。(1)以琼脂作为凝胶聚合物基质,乙酸锂为电解质盐,氧化石墨烯为无机添加剂,通过高温互溶和冷却成膜等过程制备了具有高度有序层状网络结构的琼脂糖/氧化石墨烯GPE(Ag/GO-GPE)。密度泛函理论计算(DFT)表明,琼脂糖主链上的羟基与氧化石墨烯薄片上分布的羟基、羧基和环氧基之间形成了长程有序氢键网络结构(d’=0.454 nm),该结构通过调变琼脂糖分子构型促进体系中Li的迁移。第一径向分布函数(RDFs)表明,Ag/GO-GPE体系的Li-O配位键优化(0.189 nm,g (r)=54.8)优于Ag-GPE体系(0.189 nm,g (r)=45.2),有利于Li运动。当Ag/GO-GPE膜以活性炭为电极材料组装成SSC时,Ag/GO-GPE(2 M Li OAc)在电流密度为5 m A cm时表现出较高的面积比电容(791.67 m F cm)和优异的机械强度(0.115MPa),远高于Ag-GPE(564 m F cm,0.089 MPa)。此外,Ag/GO-GPE具有良好的阻燃性能(热释放率(HRR)为11.08 k W m,总热释放率(THR)为0.79 MJ m)。最后,在弯曲条件下,Ag/GO-GPE可以成功地使LED灯泡发光,即使在180°的弯曲角度下,Ag/GO-GPE的电化学性能也没有出现明显降低,表明Ag/GO-GPE作为柔性固态电解质具有巨大的应用前景。(2)以黄原胶作为凝胶聚合物基质,乙酸锂为电解质盐,氧化石墨烯为无机添加剂,通过物理共混、紫外光引发交联和刮涂成膜等过程制备了多孔互穿的黄原胶/氧化石墨烯GPE(Xan/GO-GPE)。当Xan/GO-GPE膜以活性炭为电极材料组装成SSC时,Xan/GO-GPE(2 M Li OAc)在电流密度为5 m A cm时表现出优异的面积比电容(558.34 m F cm)和离子电导率(53.3 m S cm),远高于Xan-GPE的面积比电容(425 m F cm)和离子电导率(24.8 m S cm)。Xan/GO-GPE的最大质量损失速率温度为360°C,并在600°C高温后仍能达到45%的质量保持率,具有良好的阻燃性能。在弯曲条件180°C下,Xan/GO-GPE仍拥有与初始状态相似的电化学性能,并成功为LED灯泡供电。

关键词：全固态超级电容器凝胶聚合物电解质氧化石墨烯生物多糖阻燃

含寡肽及生物多糖护肤品改善敏感性皮肤屏障功能的效果

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中华医学美学美容杂志 2022年第3期28卷 213-217页

作者：魏萌甘钊炎汪莹栗湘云李鸿凯杨秀敏首都医科大学附属北京同仁医院皮肤科北京100730 北京艾觅生物科技有限公司北京100088

目的探讨含寡肽及生物多糖护肤品对敏感性皮肤屏障功能改善的效果及安全性。方法2019年12月至2020年7月,于北京同仁医院皮肤科门诊诊治的敏感性皮肤志愿者30例,男3例、女27例,年龄18~57岁,平均34岁,病程1~10年,平均5.75年。入组当天用... 详细信息

目的探讨含寡肽及生物多糖护肤品对敏感性皮肤屏障功能改善的效果及安全性。方法2019年12月至2020年7月,于北京同仁医院皮肤科门诊诊治的敏感性皮肤志愿者30例,男3例、女27例,年龄18~57岁,平均34岁,病程1~10年,平均5.75年。入组当天用含寡肽及生物多糖产品导入治疗1次。在治疗前、治疗7 d及28 d后进行VISIA皮肤图像分析仪分析、皮肤生理指标测定、受试者自我症状体征改善评估,研究者评估,并通过问卷调查方式评估产品安全性。结果VISIA数据显示,治疗后VISIA红色区绝对值较治疗前有明显降低,其中治疗28 d后与治疗前相比,红色区有明显改善(P生物多糖护肤品可提高敏感性皮肤角质层含水量,降低经皮失水量,对皮肤屏障功能有一定改善作用,安全性较高。

关键词：皮肤敏感性皮肤皮肤屏障皮肤含水量经皮水分丢失寡肽生物多糖

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海洋生物多糖抗肿瘤作用机制的研究进展

中国药理学通报 2009年第8期25卷 995-997页

作者：周庆峰李明月那广水李成伟商丘师范学院生命科学系河南商丘476000 中国药科大学生命科学学院江苏南京210009 国家海洋环境监测中心辽宁大连116023

多糖具有较强的免疫调节及抗肿瘤作用,已经成为肿瘤治疗的研究热点之一。目前,从海洋中获得了越来越多结构新颖、作用独特的活性多糖,有望成为肿瘤治疗中新的药物资源,该文通过对国内外相关文献进行检索,综合了国内外近年来的研究,对近... 详细信息

多糖具有较强的免疫调节及抗肿瘤作用,已经成为肿瘤治疗的研究热点之一。目前,从海洋中获得了越来越多结构新颖、作用独特的活性多糖,有望成为肿瘤治疗中新的药物资源,该文通过对国内外相关文献进行检索,综合了国内外近年来的研究,对近年来海洋多糖的抗肿瘤作用机制的研究进展作一概述。

关键词：海洋生物多糖抗肿瘤作用机制细胞周期凋亡

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生物多糖流变学研究进展(综述)

暨南大学学报（自然科学与医学版） 1997年第S1期18卷 45-48页

作者：周少奇姚汝华华南理工大学生物工程系

生物多糖流变学研究进展（综述）周少奇１）姚汝华（华南理工大学生物工程系）关键词：生物多糖；流变特性；粘度；成型加工中图分类号：Ｏ３７３收稿日期：１９９７－０７－０６广东省自然科学基金资助项目１）周少奇，男，１９６... 详细信息

生物多糖流变学研究进展（综述）周少奇１）姚汝华（华南理工大学生物工程系）关键词：生物多糖；流变特性；粘度；成型加工中图分类号：Ｏ３７３收稿日期：１９９７－０７－０６广东省自然科学基金资助项目１）周少奇，男，１９６５年４月出生，副教授；研究方向：生...

关键词：生物多糖流变特性粘度成型加工

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生物多糖类物质对人体的作用

食品科学 2005年第9期26卷 613-614页

作者：宁书年张桂河北科技大学河北石家庄050018

生物多糖是一类重要的保健食品功能因子,叙述对人体的各种保健作用。

关键词：生物多糖保健食品功能因子

生物多糖替代黄芪多糖对肉鸡生长性能及免疫机能的影响

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饲料工业 2013年第20期34卷 34-37页

作者：孙合美吴琦琦刘巧利李丹谷巍山东宝来利来生物研究院山东泰安271000

研究拟通过甘露聚糖、海带多糖与益生素合用（简称甘海益）来替代黄芪多糖，动物试验结果表明，整个试验周期，甘海益组的料肉比低于黄芪多糖组，两组差异显著（P〈0．05）；42d，甘海益组脾脏指数较高，与对照组和黄芪多糖组差异显著（... 详细信息

研究拟通过甘露聚糖、海带多糖与益生素合用（简称甘海益）来替代黄芪多糖，动物试验结果表明，整个试验周期，甘海益组的料肉比低于黄芪多糖组，两组差异显著（P〈0．05）；42d，甘海益组脾脏指数较高，与对照组和黄芪多糖组差异显著（P〈0．05）；35～42d，甘海益组法氏囊指数高于黄芪多糖组（P〈0．01或P〈0．05）；养殖前期，新城疫抗体效价各组差异不显著（P〉0．05），35d后，甘海益组新城疫抗体效价较高，与对照组和黄芪多糖组差异显著（P〈0．051；黄芪多糖组和甘海益组对IgG的生成均有促进作用，42d，与对照组差异显著（P〈0．05），黄芪多糖和甘海益两组间差异不显著（P〉0．05）；35d时，甘海益组血清总抗氧化能力（T-AOC）数值较高，与对照组和黄芪多糖组差异极显著（P〈0．01）；14d，黄芪多糖组MDA含量较低，与对照组和甘海益组相比差异显著（P〈0．05）；21～28d时，黄芪多糖和甘海益组MDA含量均较低，与对照组相比差异显著（P〈0．051和极显著（P〈0．01）。甘露聚糖、海带多糖与益生素合用具有协同作用，可阶段性地提高机体的特异性免疫和非特异性免疫机能，提高肉鸡机体抗氧化能力，降低机体组织受损伤程度，可较好地替代黄芪多糖．

关键词：黄芪多糖生物多糖益生素

生物多糖进行医用高分子材料表面修饰的研究进展

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高分子通报 2007年第12期 56-60页

作者：王艺峰徐伟武汉理工大学材料科学与工程学院高分子材料与工程系武汉430070

综述了国内外应用生物多糖进行医用高分子材料表面修饰的研究状况,其中重点介绍了葡聚糖、肝素及类肝素类物质、壳聚糖等多糖在高分子材料表面修饰的研究近况。多糖是自然界中含量最为丰富的生物大分子,几乎存在于所有的生命体中,具有... 详细信息

综述了国内外应用生物多糖进行医用高分子材料表面修饰的研究状况,其中重点介绍了葡聚糖、肝素及类肝素类物质、壳聚糖等多糖在高分子材料表面修饰的研究近况。多糖是自然界中含量最为丰富的生物大分子,几乎存在于所有的生命体中,具有很好的生物相容性,而且某些生物多糖还具有特殊的生物活性,因此用生物多糖进行医用高分子材料的表面修饰受到了国内外研究学者的关注。大量研究表明,经过生物多糖表面修饰的高分子材料可获得良好的生物相容性和某些优良的医学应用性能。

关键词：医用高分子材料生物多糖表面修饰生物相容性