质子型氨基酸离子液体催化酯化纤维素及其增溶/抗菌活化作用机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51803186
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    26.0万
  • 负责人：
    付飞亚
  • 依托单位：
    浙江理工大学
  • 学科分类：
    E0306.高分子材料与环境
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Amino acid esterification is expected to achieve solubilization/antibacterial activation effect for cellulose. However, poor reaction activity of cellulose and self-condensation reaction of amino acid hinder the esterification. This project intends to use the protonated amino acid ionic liquids ([AA]X) as the raw material. The esterification of cellulose can be catalyzed by making use of the acidity and ability of destroying hydrogen bonds of [AA]X. The effect of [AA]X structure and the kinetic factors on the reaction rate will be explored systematically. Meanwhile, the reaction process will be investigated by online measuring technique, resulting in amino acid esterified cellulose with different substituents and substitution degree. Then, the phase diagram method will be used to study the solubilization effect of amino acid esterification for cellulose. Besides, the solubilization mechanism will be investigated using NMR, laser light scattering system technology and TEM. Furthermore, the regenerated amino acid esterified cellulose material will be obtained by coagulating its solution. The structure-activity relationship of the antibacterial property for amino acid esterified cellulose will be explored along with its antibacterial mechanism. Based on this project, the esterification reaction mechanism will be clarified and amino acid esterified cellulose can be synthesized through a green, efficient and controllable method. Also, mechanism of solubility and antibacterial activity effect caused by esterification will be revealed. This project will establish a new method for functionalization of cellulose, providing theoretical and technical support for its high-value utilization.
氨基酸酯化改性纤维素可望达到助溶/抗菌活化双重功效，而纤维素反应性能低且氨基酸易发生自身缩合导致反应困难。本项目拟使用质子型氨基酸离子液体（[AA]X）为反应原料，利用其酸性和破坏氢键的能力催化酯化纤维素，系统研究[AA]X结构和反应动力学条件对酯化反应速率的影响规律，结合原位测试技术分析反应过程，合成不同结构的氨基酸酯化纤维素；然后，通过相图法研究氨基酸酯化改性对纤维素的增溶规律，并使用核磁、激光光散射以及电镜技术分析其增溶机制；进而，通过溶液凝聚态转变制得再生材料，探究氨基酸酯化纤维素抗菌活性的构效关系及其作用机理。通过本项目的开展，阐明[AA]X催化酯化纤维素的反应机制，实现氨基酸酯化纤维素的绿色、高效及可控制备；揭示氨基酸酯化纤维素的结构变化对其溶解性和抗菌活性的影响规律，明确作用机制，从而建立纤维素功能化改性的新方法，为纤维素的高值化利用提供理论和技术支持。

结项摘要

纤维素是地球上最丰富的可再生资源，难以溶解或熔融加工并缺乏功能性成为制约其发展的瓶颈。化学改性是扩大纤维素应用的重要途径。本项目使用质子型氨基酸离子液体（[AA]X）为反应原料，利用其酸性和破坏氢键的能力催化酯化纤维素，通过一步酯化反应成功合成得到不同结构的氨基酸酯化纤维素。通过红外光谱和元素分析法系统研究了反应动力学条件对酯化反应的影响规律，实现了氨基酸酯化纤维素的可控制备。使用热重-质谱联用等原位测试技术证明了[AA]X相对于一般氨基酸原料具有明显增加的酯化反应速率。X-射线衍射、热重测试等表明酯化反应对纤维素原料的结晶结构和热稳定性影响较小。项目研究氨基酸酯化改性对纤维素的增溶效果，结果表明氨基酸酯化改性纤维素可以较好的溶解于NaOH水溶液中，并使用流变仪研究了取代度和溶液浓度对溶液粘度的影响和溶液动态黏弹行为。在此工作基础之上，项目利用氨基酸具有带电官能团、亲疏水官能团以及可以络合金属纳米粒子等特点，开展了氨基酸介导抗菌改性纤维素方法研究，结果表明，一方面[AA]X直接酯化改性纤维素得到的产物对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有抗菌效果，杀菌率高于71%；另一方面，通过在纤维素织物表面进行氨基酸酯化改性，项目证明该途径可以较好的帮助分散和稳定负载的典型抗菌剂Ag NPs，其中Ag NPs的粒径在40 nm左右，改性得到的抗菌织物经150次洗涤后杀菌率仍然可以高于98%。本项目为纤维素改性提供了新方法和相关理论数据，有助于纤维素的高值化利用，具有一定的研究价值和社会意义。

项目成果

期刊论文数量（7）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（5）
One-pot fabrication of durable antibacterial cotton fabric coated with silver nanoparticles via carboxymethyl chitosan as a binder and stabilizer
以羧甲基壳聚糖为粘合剂和稳定剂一锅法制备纳米银涂层耐用抗菌棉织物
  • DOI：
    10.1016/j.carbpol.2018.09.089
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Carbohydrate Polymers
  • 影响因子：
    11.2
  • 作者：
    Xu QingBo;Zheng WeiShi;Duan PanPan;Chen JiaNing;Zhang YanYan;Fu FeiYa;Diao HongYan;Liu XiangDong
  • 通讯作者：
    Liu XiangDong
Synthesis of bimetallic silver-gold nanoparticle composites using a cellulose dope: Tunable nanostructure and its biological activity
使用纤维素涂料合成双金属银-金纳米粒子复合材料：可调纳米结构及其生物活性
  • DOI：
    10.1016/j.carbpol.2020.116777
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Carbohydrate Polymers
  • 影响因子：
    11.2
  • 作者：
    Xinman Hu;Xinyi Xu;Feiya Fu;Binbin Yang;Jingjing Zhang;Yanyan Zhang;S Salvia Binte Touhid;Lin Liu;Yubing Dong;Xiangdong Liu;Juming Yao
  • 通讯作者：
    Juming Yao
DNA-Induced Assembly of Silver Nanoparticle Decorated Cellulose Nanofiber: A Flexible Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Substrate for the Selective Charge Molecular Detection and Wipe Test of Pesticide Residues in Fruits
DNA 诱导组装银纳米颗粒装饰纤维素纳米纤维：一种柔性表面增强拉曼光谱基底，用于水果中农药残留的选择性电荷分子检测和擦拭测试
  • DOI：
    10.1186/s12916-022-02685-7
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    ACS Sustainable Chemistry and Engineering
  • 影响因子：
    8.4
  • 作者：
    Xu Xinyi;Hu Xinman;Fu Feiya;Liu Lin;Liu Xiangdong
  • 通讯作者：
    Liu Xiangdong
Durable antimicrobial cotton fabric fabricated by carboxymethyl chitosan and quaternary ammonium salts
由羧甲基壳聚糖和季铵盐制成的耐用抗菌棉织物
  • DOI：
    10.1007/s10570-021-03875-x
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    Cellulose
  • 影响因子：
    5.7
  • 作者：
    Wang Lujie;Wen Xiaodong;Zhang Xujun;Yuan Shuntao;Xu Qingbo;Fu Feiya;Diao Hongyan;Liu Xiangdong
  • 通讯作者：
    Liu Xiangdong
Biomimetic synthesis of 3D Au-decorated chitosan nanocomposite for sensitive and reliable SERS detection
仿生合成 3D Au 修饰的壳聚糖纳米复合材料，用于灵敏可靠的 SERS 检测
  • DOI：
    10.1016/j.cej.2019.123693
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子：
    15.1
  • 作者：
    Feiya Fu;Binbin Yang;Xinman Hu;Haiyue Tang;Yupeng Zhang;Xinyi Xu;Yanyan Zhang;S Salvia Binte Touhid;Xiangdong Liu;Yaofeng Zhu;Jinping Zhou;Juming Yao
  • 通讯作者：
    Juming Yao

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其他文献

One-pot Modification on Cotton Fabric Using an Emulsion of Ag NPs Protected by Mercaptosuccinic Acid to Achieve Durably Antibacterial Effect
利用巯基琥珀酸保护的纳米银乳液对棉织物进行一锅改性以实现持久抗菌效果
  • DOI：
    10.1007/s12221-019-9224-1
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Fibers and Polymers
  • 影响因子：
    2.5
  • 作者：
    段盼盼;许青波;沈舒阳;张燕艳艳;张磊;付飞亚;刘向东
  • 通讯作者：
    刘向东
生物基不饱和聚酯树脂胶液及其棉织物 增强复合材料的制备与性能
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    高等学校化学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    杨泽文;张艳艳;付飞亚;刘向东
  • 通讯作者：
    刘向东

其他文献

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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

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          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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