新型多糖生物纳米纤维的制备及其纳米构造解析与应用研究

项目以可再生的农林及海洋生物资源为原料，以生物技术为主要手段，开发制备天然多糖生物纳米纤维的新方法，并探讨其在生物及生命科学领域的高端功能性应用。主要着力于酶氧化以及表面负载电荷等绿色环保新方法的开发利用，从天然纤维素、几丁质等多糖类可再生生物资源中单离获得纳米纤维，并利用其纳米效应以及生物可降解性、生物可再生性、生物兼容性等优势特点，探讨其在生物工程、能源工程等方面的应用研究，尤其是在beta-葡萄糖苷酶固定化方面的应用。

农林废弃物的综合有效利用一直是研究的热点，本项目针对农林可再生资源和海洋生物废弃物的利用，研究制备多糖基生物纳米材料。. 本项目成功运用几丁质表面脱乙酰方法制备了具有较高径向比的蟹壳几丁质纳米纤维，通过研究，发现部分脱乙酰几丁质纳米纤维分散液在特定质子酸介质中具有良好的稳定性，在2个月以内不会出现比较大的性质改变。在几丁质的脱乙酰酶的制备方面，我们对草酸青霉菌进行定向培养，提高其产脱乙酰酶的能力，并利用所产脱乙酰酶对几丁质进行脱乙酰处理，明显降低几丁质的乙酰度。. 同时，建立了纤维素纳米纤维的酶氧化体系(氧气/漆酶/TEMPO氧化体系)，成功消除了化学氧化过程中卤族元素对环境的污染。酶氧化制备的纳米纤维得率和氧化效果都可以与化学氧化相媲美，并且酶氧化在纤维素氧化过程中的降解作用小于化学氧化，可以更好地保持纤维的形态。实验显示，酶氧化体系对含木质素的纤维素仍然具有比较高的氧化效率。. 在几丁质纳米纤维的应用上也取得了较好的研究成果。利用TEMPO氧化几丁质制备的纳米纤维膜机械强度可达到约100MPa，而部分脱乙酰几丁质纳米纤维薄膜在可见光区高透光率可高达90%，且热稳定性良好，同时对大肠杆菌具有一定的生长抑制。部分脱乙酰几丁质纳米纤维可制成自成形水凝胶，将水凝胶冷冻干燥制成气凝胶后可明显看出其内部具有细密的孔隙结构。将脱乙酰几丁质纳米纤维与壳聚糖混合制备凝胶微球进行beta-葡萄糖苷酶的固定化研究，随着几丁质纳米纤维用量的增加，固定化酶的效率也会提高。表征凝胶微球后发现，几丁质纳米纤维用量提高后，纳米纤维填充到微球内形成交联联接使凝胶微球的孔隙结构变小，beta-葡萄糖苷酶在小孔隙中更不易流失，因此固定化效率提高。