2016, 32(6):711-714. DOI: 10.13345/j.cjb.160192 CSTR: 32114.14.j.cjb.160192
摘要:生物基材料,是利用谷物、豆科、秸秆、竹木粉等可再生生物质为原料制造的新型材料和化学品等,包括生物合成、生物加工、生物炼制过程获得的生物醇、有机酸、烷烃、烯烃等基础生物基化学品,也包括生物基塑料、生物基纤维、糖工程产品、生物基橡胶以及生物质热塑性加工得到塑料材料等。生物基材料由于其绿色、环境友好、资源节约等特点,正逐步成为引领当代世界科技创新和经济发展的又一个新的主导产业。本期专刊报道了生物基材料总体发展情况,介绍了生物基纤维、聚羟基烷酸酯、可生物降解地膜、生物基聚酰胺、蛋白医用生物材料、生物基聚氨酯、聚乳酸改性与加工等几个方面行业状况及其研究进展。
刁晓倩 , 翁云宣 , 黄志刚 , 杨楠 , 王希媛 , 张敏 , 靳玉娟
2016, 32(6):715-725. DOI: 10.13345/j.cjb.160058 CSTR: 32114.14.j.cjb.160058
摘要:近年来,生物基材料正逐步成为引领当代世界科技创新和经济发展的又一新的主导产业。文章综述了国内生物基材料产业的最新进展,对整个生物基材料产业市场进行了综合分析,包括生物基化学品如乳酸、1,3-丙二醇、丁二酸等,可生物降解生物基塑料如二元酸二元醇共聚酯、聚乳酸、二氧化碳共聚物、聚羟基烷酸酯、聚己内酯、热塑性生物质塑料,非生物降解生物基塑料如生物基聚酰胺、聚对苯二甲酸丙二醇酯、生物基聚氨酯,以及生物基纤维等材料的产业现状。
2016, 32(6):726-737. DOI: 10.13345/j.cjb.160061 CSTR: 32114.14.j.cjb.160061
摘要:微生物合成的聚羟基脂肪酸酯 (PHA) 近来正向着材料的多样性和生产技术的先进性发展。材料的多样性在多种单体及其分布、分子量、聚合方式等方面越来越细化,形成了PHA组学的概念。而合成生物学技术的应用与蓝水生物技术的出现,有望大幅度降低PHA的生产成本,更有经济性和竞争性。PHA已经有一些商业化的例子;同时,PHA在医药等领域的高附加值也被不断开发出来。
周迎鑫 , 杨楠 , 王希媛 , 翁云宣 , 刁晓倩 , 张敏 , 靳玉娟
2016, 32(6):738-747. DOI: 10.13345/j.cjb.160027 CSTR: 32114.14.j.cjb.160027
摘要:本文简述了生物制造聚羟基烷酸酯 (PHA),包括聚3-羟基丁酸酯 (PHB)、聚 (3-羟基丁酸酯-3-羟基戊酸酯) (PHBV)、聚 (3-羟基丁酸酯-4-羟基丁酸酯) (P3/4HB)、聚 (3-羟基丁酸酯-3-羟基己酸酯) (PHBH) 的产业化现状,综述了针对PHA材料热稳定性差、加工窗口较窄等缺点而进行的一些改性研究。选用适当方法对PHA进行改性,可使其性能得到优化,应用领域得到拓展。
2016, 32(6):748-760. DOI: 10.13345/j.cjb.160008 CSTR: 32114.14.j.cjb.160008
摘要:地膜是农业生产中重要的生产资料之一,过去30多年,地膜用量和农作物覆膜面积一直稳定增长,2014年地膜用量达到了144万t,覆膜面积超过1 800万hm2,该技术对保障我国农产品安全供给作出了重大贡献。与此同时,地膜残留污染问题越来越严重,一些农田的地膜残留量超过250 kg/hm2,在我国西北的局部区域,地膜残留已经对农田土壤、作物生长发育、农事作业等造成严重影响和危害。生物降解地膜成为替代普通PE地膜、解决地膜残留污染的一种有效措施和手段,目前生物降解地膜正处于产品研发和评价试验的关键阶段,部分生物降解地膜产品在马铃薯、花生、烟草生产上显示出良好的效果,但总体上还面临巨大挑战,主要包括需要进一步提高地膜产品质量,提高地膜产品破裂和降解可控性,改善地膜的增温保墒能力,实现满足农作物对地膜覆盖功能的要求;此外,需要降低生物降解地膜综合成本,促进生物降解地膜规模化应用。总体上,随着技术进步和农业生产环境的变化,生物降解地膜应用将具有良好的前景。
黄正强 , 崔喆 , 张鹤鸣 , 付鹏 , 赵清香 , 刘民英
2016, 32(6):761-774. DOI: 10.13345/j.cjb.160016 CSTR: 32114.14.j.cjb.160016
摘要:生物基聚酰胺是指制备聚酰胺的原料来源于生物质材料,生物基聚酰胺的原料主要有生物基氨基酸、生物基内酰胺、生物基二元酸、生物基二元胺等。本文论述了不同生物基原料的来源、制备方法以及相应的生物基聚酰胺的性能;重点论述了生物基聚酰胺PA11和PA1010的原料制备方法、合成方法以及改性研究进展;对生物基聚酰胺的种类、产业化研究现状进行了总结,并对我国生物基聚酰胺的发展提出建议。
2016, 32(6):775-785. DOI: 10.13345/j.cjb.160050 CSTR: 32114.14.j.cjb.160050
摘要:生物基化学纤维具有生产过程环境友好、原料可再生以及产品可生物降解等优良特性,因此,大力发展生物基化学纤维对于替代化石资源、发展循环经济、建设资源节约型和环境友好型的社会具有十分重大的意义。本文介绍了我国生物基纤维产业的发展现状,分析了生物基纤维产业发展存在的问题,指出了生物基纤维材料科技创新趋势和目标,并给出了我国发展生物基纤维的建议。
2016, 32(6):786-797. DOI: 10.13345/j.cjb.160011 CSTR: 32114.14.j.cjb.160011
摘要:乳丝学名为聚乳酸纤维,是一种可生物降解的新型绿色纤维,目前制备方法主要有熔融纺丝、溶液纺丝和静电纺丝等3种方法。作为一种新型的可降解纤维材料,其环保性、吸湿性、透气性、生物相容性以及优良的力学性能决定了其在生物医用、织物面料、非织造材料 (如一次性卫生用品、过滤材料等) 等很多方面都将得到广泛应用。
2016, 32(6):798-806. DOI: 10.13345/j.cjb.160062 CSTR: 32114.14.j.cjb.160062
摘要:聚乳酸是以乳酸为原料而合成得到的一种高分子材料,具有良好生物相容性、可生物降解性。目前工业规模化生产的聚乳酸主要是以左旋乳酸合成得到的聚乳酸,制得的制品透明性好,但缺点是不能耐热。添加成核剂可以提高聚乳酸的结晶度,从而提高它的耐热性能。本文综述了有机成核剂和无机成核剂的研究进展。
陈泉 , 卓燕玲 , 许爱娜 , 咸漠 , 彭馨莹 , 杨元生 , 张海波 , 年锐 , 张巍
2016, 32(6):807-818. DOI: 10.13345/j.cjb.160137 CSTR: 32114.14.j.cjb.160137
摘要:治疗性单克隆抗体药物已成为生物医药领域市场最主要的产品类别。蛋白A亲和层析作为第一步捕获抗体蛋白最为有效的手段仍然在现有单克隆抗体纯化平台中占据主导地位。在本研究中,首先开发了一种基于低pH处理抗体细胞回收液的新型细胞液回收技术,该技术能有效去除宿主相关污染物 (非组蛋白宿主杂质蛋白、组蛋白、DNA、蛋白聚合物等),同时保证较高的抗体回收率。通过该技术有效预处理后,蛋白A纯化效率可提高10倍左右,并且有效避免了抗体洗脱液中和后浊度的上升,大大减轻了后续蛋白纯化的压力。同时我们也对酸性处理中各种宿主杂质去除机制进行了研究。然后,预处理的洗脱液再经一步Capto adhere色谱纯化,非组蛋白宿主杂质蛋白降低至5 ppm、DNA小于1 ppb、组蛋白降低至检测限以下、蛋白聚合物小于0.01%。总过程抗体蛋白收率87%。该两步法抗体纯化技术可有效集成至当前主流抗体纯化平台,具有良好的大规模应用价值。
2016, 32(6):819-830. DOI: 10.13345/j.cjb.150553 CSTR: 32114.14.j.cjb.150553
摘要:近年来,胶原蛋白因其良好的生物学性能在生物材料应用中得到越来越多的关注,为了建立一种快速高效的鳖源胶原蛋白纯化方法和探究其在生物材料中的应用价值,首先用Van Gieson 染色法和苦味酸-天狼星红染色法观察裙边胶原纤维组织结构,发现裙边胶原纤维含量非常高且类型主要是Ⅰ型。采用不同截留分子量的透析袋对裙边胶原蛋白粗提液进行直接透析纯化,发现截留分子量为100 kDa的透析袋在透析48 h后对裙边胶原蛋白的纯化效果最好,SDS-PAGE检验显示几乎没有杂带。对裙边胶原蛋白生物学性能包括吸水性、体外降解性进行考察,其吸水力和持水力分别高达12.06 g/g和98.21%,且在72 h后被完全降解;对裙边胶原蛋白海绵的溶血性、皮肤致敏性、肝部创伤止血性、促创伤皮肤愈合性进行了研究,并和交联胶原进行比较,发现裙边胶原蛋白和交联胶原均不会造成SD大鼠溶血和皮肤过敏,二者均具有良好的止血效果,且裙边胶原蛋白能显著缩短创伤皮肤愈合时间,具有良好的促创伤皮肤愈合性,而交联胶原效果欠佳。本研究表明裙边胶原蛋白表现出了优良的生物学性能,在生物材料领域具有很大应用价值。
石朔 , 顾林 , 杨义浒 , 余海斌 , 陈锐 , 肖湘莲 , 邱军
2016, 32(6):831-838. DOI: 10.13345/j.cjb.160014 CSTR: 32114.14.j.cjb.160014
摘要:通过聚乳酸二元醇和聚乳酸-聚己内酯共聚物二元醇与六亚甲基二异氰酸酯 (HDI) 三聚体交联反应合成了一系列生物基热固性聚氨酯 (Bio-PUs)。利用傅里叶红外 (FTIR)、差示扫描量热分析 (DSC)、热失重分析 (TGA)、万能拉伸机和细胞毒性等测试方法对获得的聚乳酸基聚氨酯进行了表征。结果表明,与聚乳酸二元醇相比,聚乳酸-聚己内酯共聚物二元醇降低了生物基热固性聚氨酯的玻璃化温度 (Tg),提高了热固性聚氨酯的热稳定性;且聚乳酸-聚己内酯型聚氨酯的力学性能和形状记忆性能更为优异。其中,聚乳酸-聚己内酯共聚物二元醇分子量为3 000时得到的热固性聚氨酯 (Bio-PU2-3000) 的杨氏模量为277.7 MPa,伸长率为230%;聚乳酸-聚己内酯共聚物二元醇分子量为1 000得到的热固性聚氨酯 (Bio-PU2-1000) 在人体体温下的形变回复时间仅为93 s。另外,通过显微镜观察到细胞在含聚乳酸基热固性聚氨酯的培养液中生长状态良好,表明制备得到的生物基聚氨酯无细胞毒性。
2016, 32(6):839-847. DOI: 10.13345/j.cjb.160128 CSTR: 32114.14.j.cjb.160128
摘要:利用转矩流变仪将聚乳酸 (PLA)、聚己二酸对苯二甲酸丁二酯 (PBAT) 和三乙酸甘油酯 (GTA) 熔融共混,利用差示扫描量热仪 (DSC)、动态热机械分析仪 (DMA)、万能材料试验机、冲击试验机、扫描电子显微镜 (SEM) 对共混物的热力学性能、力学性能以及微观形态结构进行测试和表征。实验发现,加入GTA后共混物的两相玻璃化转变温度呈相互靠近趋势,冷结晶温度和熔融温度都降低。当GTA加入量为3份时,共混物中分散相粒径减小,PLA/PBAT/GTA (80/20/3) 组分的断裂伸长率得到明显提升,增加了2.6倍,由未加入GTA时的17.7%增长到64.1%。
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