广谱型木质素天然紫外防护剂的高效构建及其应用基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21878113
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0811.生物质转化与轻工制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Lignin is the most abundant renewable resource that contains conjugated aromatic structures in nature. It blocks irradiation from UVB rays (range of 290-320nm) and thus is a natural macromolecular UV-blocker. However, factors such as its poor absorbance in UVA wavelength range (320-400nm), which causes cumulative damages due to its small conjugated structures, its deep color, and poor compatibility have seriously hindered the applications of lignin in skincare products and as UV-blocking functional materials. In this project, broad-spectrum lignin-based UV-blockers are prepared by activating the structure of lignin and grafting benzophenone to improve its conjugation. Then amphipathic controllable and uniform lignin nano colloidal spheres are prepared by self-assembly. Formation of nano spheres not only lightens the deep color of lignin and improves its material compatibility, but it also enhances its UV-blocking performance. Detailed investigation of the effect of the molecular structure and microstructure of lignin on the grafting modification will be conducted. The regulating mechanisms of the self-assembly structures on the performance of modified lignin will also be analyzed. Additionally, the mechanisms of irregular lignin self-assembly into regular nano spheres will be elucidated. Based on these investigations, lignin-based macromolecular UV blockers that could block both UVA and UVB radiations will be prepared. This new material may effectively avoid the drawbacks of traditional UV blockers, such as poor photo-stability, penetrating into skin, and the damage that it can do to living cells. The implementation of this project will expand high-end applications for biomass lignin in areas such as skincare and UV-blocking functional composites.
木质素是自然界最大的含共轭芳香结构的可再生资源,具有一定抵御中波紫外(UVB)辐照能力,而成为天然高分子紫外防护剂。但是,木质素分子中共轭程度小导致其对具有累积伤害性的长波紫外(UVA)防护不足,同时存在颜色深、相容性差等问题,限制了其在防晒护肤、功能材料等领域的应用。本项目拟通过活化木质素分子结构,接枝二苯甲酮等增加共轭程度,赋予木质素优良的UVA防护功能,进一步耦合超分子自组装制备均一有序、表面亲疏水可控的木质素纳米微球,淡化木质素颜色,改善材料相容性,强化抗紫外性能。在此基础上,研究木质素分子与微结构对其接枝改性的影响规律,探索自组装结构和粒径对其性能的调控机制,阐明无规木质素形成有序纳米球的组装机理,构建同时抗UVA和UVB的广谱型高分子紫外防护剂,解决传统小分子紫外防护剂易光解及渗透而伤害皮肤的制约。本项目的实施可拓展生物质资源木质素在防晒护肤、抗紫外功能材料等高端领域的应用。

结项摘要

项目针对木质素分子共轭程度小、无规团聚导致其作为天然高分子紫外防护剂存在的对中波紫外线(UVB)吸收难以发挥,对长波紫外线(UVA)吸收不足等问题,通过活化木质素分子结构,亲核取代和接枝聚合改性,成功制备了广谱型木质素高分子紫外防护剂,并通过改变接枝长度、密度,实现了木质素紫外吸收范围和强度的精准调控;进一步,通过超分子自组装制备亲水性纳米微球、疏水性反相胶束,通过超声空化自组装制备木质素/紫外防护剂复合纳米微胶囊,淡化了木质素颜色,改善了材料相容性,强化了抗紫外性能;在此基础上,将制备广谱改性木质素紫外防护剂及其纳米颗粒进行配方设计,制备木质素基防晒护肤品、功能复合材料,拓展了其在日化、材料及柔性电子领域的应用。相关研究获得授权中国发明专利10项,美国专利1项,并实现转化1项;在国内外学术期刊上发表学术论文18篇;培养了国家自然科学基金优秀青年基金获得者1名、博士研究生2名、硕士研究生4名。项目相关研究作为“木质素的微结构调控及在微/纳米领域的应用”的主体内容之一,荣获2020年度广东省技术发明一等奖。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(10)
Tumor microenvironment-responsive, high internal phase Pickering emulsions stabilized by lignin/chitosan oligosaccharide particles for synergistic cancer therapy
木质素/壳寡糖颗粒稳定的肿瘤微环境响应型高内相皮克林乳液用于协同癌症治疗
  • DOI:
    10.1016/j.jcis.2021.02.012
  • 发表时间:
    2021-02-20
  • 期刊:
    JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE
  • 影响因子:
    9.9
  • 作者:
    Chen, Kai;Qian, Yong;Binks, Bernard P.
  • 通讯作者:
    Binks, Bernard P.
Atomic force microscopy and molecular dynamics simulations for study of lignin solution self-assembly mechanisms in organic–aqueous solvent mixtures
原子力显微镜和分子动力学模拟研究有机水溶剂混合物中木质素溶液自组装机制
  • DOI:
    10.1002/cssc.201903132
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ChemSusChem
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Jingyu Wang;Yong Qian;Libo Li;Xueqing Qiu
  • 通讯作者:
    Xueqing Qiu
Biomass Lignin Stabilized Anti-UV High Internal Phase Emulsions: Preparation, Rheology, and Application As Carrier Materials
生物质木质素稳定的抗紫外线高内相乳液:制备、流变学以及作为载体材料的应用
  • DOI:
    10.1021/acssuschemeng.8b04422
  • 发表时间:
    2019-01-07
  • 期刊:
    ACS SUSTAINABLE CHEMISTRY & ENGINEERING
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Chen, Kai;Lei, Lei;Qiu, Xueqing
  • 通讯作者:
    Qiu, Xueqing
Development of anti-photo and anti-thermal high internal phase emulsions stabilized by biomass lignin as a nutraceutical delivery system
开发由生物质木质素稳定的抗光和抗热高内相乳液作为营养保健品输送系统
  • DOI:
    10.1039/c8fo01981a
  • 发表时间:
    2019-01-01
  • 期刊:
    FOOD & FUNCTION
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Chen, Kai;Lei, Lei;Qiu, Xueqing
  • 通讯作者:
    Qiu, Xueqing
Incorporation of nano lignin reverse micelles on the transparency, UV-blocking and rheological properties of high-density polyethylene films
纳米木质素反胶束的加入对高密度聚乙烯薄膜透明度、紫外线阻挡和流变性能的影响
  • DOI:
    10.1515/hf-2019-0091
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    Holzforschung
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Yijie Zhou;Yong Qian;Senyi Wu;Xiaowen Zhong;Jinhao Huang;Xueqing Qiu
  • 通讯作者:
    Xueqing Qiu

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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