MOFs-天然高分子新型复合材料的可控制备及其长效缓释与保鲜性能

It is of great significance to develop and utilize marine natural polymer and other biomass resources. Natural polymers have good stability and processability, however, as a drug carrier, the size and distribution of the pore are not uniform. On the contrary, the metal-organic frameworks (MOFs) have specific pore structure, rich structure, adjustable performance and so on. But in general, the stability and machinability of MOFs are not good. The project is to prepare the novel composites of MOFs-natural polymer with complementary advantages by in-situ recombination method with controllable order, which will make full use of the rich marine natural polymer resources such as chitin, seaweed and so on in Guangxi. The influence of the interaction of metal ions with natural polymer on the controllable preparation of the composites is studied. The recognition, adsorption and sustained-release properties of target drug molecules by the composites and their application in preservation of subtropical fruits are also investigated. In addition the relationship between the drug sustained-release properties and the fruit preservation effect is established. The results of this project will have important scientific significance and potential application value for the utilization of marine natural polymer resources and local industry and economic development, etc.

海洋天然高分子等生物质资源的开发利用意义重大。天然高分子具有较好的稳定性和可加工性能，但作为药物载体其孔道/孔洞大小和分布不均一；与之相反，金属-有机骨架(MOFs)化合物具有特定的孔道/孔洞结构，并具有结构丰富、性能可调等特点，但一般MOFs的稳定性和可加工性不好。本项目将充分发挥MOFs和天然高分子各自的优势，充分利用广西丰富的甲壳素、海藻等海洋天然高分子资源，采用可控有序的原位复合方法，构建优势互补的MOFs-天然高分子新型复合材料。研究金属离子与天然高分子的相互作用及其对可控制备的影响，以及新型复合材料对药物分子的识别、吸附与缓释等性能，探讨其在亚热带水果保鲜方面的应用，建模阐述新型复合材料的结构与药物缓释及其与水果保鲜效果的关系。本项目的实施将为海洋天然高分子等资源的开发利用、地方产业与经济发展等，提供科学依据和指导，研究成果有重要的科学意义和潜在的应用价值。

天然高分子等生物资源的开发利用意义重大。天然高分子具有较好的稳定性和可加工性，但作为药物载体其孔道/孔洞大小和分布不均一，与之相反金属-有机骨架(MOFs)具有特定的孔道/孔洞结构，并具有结构丰富和性能可调等特点，但MOFs的稳定性和可加工性差限制了它们在实际的使用。本项目利用来源广泛的甲壳素、海藻和木质素等天然高分子资源，通过天然高分子丰富的极性基团与金属离子的相互作用，形成稳定有序的MOFs生长点，原位可控的制备了系列优势互补的MOFs-天然高分子新型复合材料。主要研究内容重要结果如下：.1．基于分子设计在纤维素等天然高分子结构中引入官能团，研究了金属离子与天然高分子的相互作用，通过控制原料浓度获得最佳的可控制备工艺和方法。其中MOFs与改性滤纸的结合优异，具有良好的柔韧性和稳定性。 .2．通过分子模拟等手段，研究了新型复合材料对目标药物分子(如：姜黄素、富马酸二甲酯和呋虫胺等)的识别、吸附与缓释等性能，获得了药物负载量高的载体、长效缓释的规律和智能控释的方法；建立了室内外等效缓释的数学模型关系式，用于指导药物缓释的实际应用。其中药物负载量可高达41%，其药物缓释时间是市售药物的7.5倍。.3．新型复合材料应用于水果保鲜的研究。研究了新型复合材料(膜/微球/凝胶等)的抗菌保鲜性能及其对水果品质监测，探明了药物长效缓释与水果保鲜效果的关系，获得了系列具有保鲜性能的产品(如：抗菌涂层、保鲜喷剂和保鲜纸盒等)，并用于火龙果、草莓和芒果等水果的保鲜，保鲜效果显著。.4．新型复合材料应用的拓展研究，用于农药缓释、水处理（泳池水消毒、染料废水吸附）等，其中水稻种子处理剂应用于实际水稻大田生产中，成功实现了对水稻的虫害防治，达到了农药减量增效的目的。.研究结果为MOFs的实际应用提供了新的方法参考，为多孔材料设计及其对药物长效缓释的研究提供新思路，为天然高分子等资源的开发利用、地方产业与经济发展等，提供科学依据和指导，研究成果有重要的科学意义和潜在的应用价值。