基于仿生物矿化的木材细胞壁二氧化硅有机-无机杂化结构形成及调控机制研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31770606
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1603.木材物理学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

It is the key-point that SiO2’s in-situ generation and ordered-deposition and then forming organic-inorganic hybrid structure on the cell-wall to the gain the biomimetic mineralized wood with excellent performances. Basing on the essential difference that there’s no stumpage’s genetic control function and cell membrane activity inside wood anymore, the research in this proposal will centre on the scientific topic that polyamine inducer and polyethylene catalyst will be artificially and controllable released when SiO2 biomimetic mineralization occurred on wood cell-wall , and will learn from the natural mineralization mechanism that teak can absorb directly silicate from soil, extract and convey the soluble ions to the tissue organs in its trunk then SiO2 deposited in the cortex and cell wall to form highly ordered hybrid structure with excellent performances; and the template theory combined with sedimentary dynamics, and take wood cell-wall as the biomimetic mineralization compartment basement template and by introducing synergists, such as dextran, chitosan and poly amino peptide ,then referring to enzymatic reactions, optimizing the construction of the mineralization micro-environment, the nano-SiO2 replicate in the cell-wall in situ and physically deposited, complex with cellulose, as the result that high strength organic-inorganic hybrid formed and will be characterized. Clarify the structure and the nucleation process of SiO2 and the deposition control factor during biomimetic mineralization, by controlling the nucleation location and growth rate, the controllable biomimetic mineralization made inside the wood, and the formation mechanism of controllable hybrid structure on the wood cell-wall revealed; the theory system and technical method of nano-SiO2 biomimetic mineralization on wood are innovated, and the scientific basis for wood’s inorganic biomimetic functional modifying is established.
纳米SiO2在木材细胞壁上原位生成、有序沉积为有机-无机杂化结构是获性能优异的仿生矿化木材的关键。本项目针对木材相对活树其基因遗传控制及细胞活性缺失等本质差异,围绕聚胺诱导剂、聚乙烯亚胺催化剂等经可控释放,SiO2在木材细胞壁上仿生矿化形成精细杂化结构这一科学问题,借鉴柚木从土壤中吸收硅酸盐后,SiO2沉积在其皮层及胞壁形成高度有序、性能优异杂化结构的自然矿化机制,结合模板理论及沉积动力学原理,以木材细胞壁为仿生矿化隔室模板,引入葡聚糖基底及壳多糖、聚氨基多肽等协效剂,参照酶促反应,优化构建矿化微环境,使纳米SiO2在细胞壁上原位复制、物理沉积、并与纤维素等有机络合,形成高强度杂化结构并表征之,明晰SiO2仿生矿化成核作用及沉积控制因子,通过调控其成核位置和生长速度,实现木材仿生矿化,揭示细胞壁上杂化结构可控形成机理;创新木材纳米SiO2仿生矿化理论和技术方法,为木材仿生改良提供科学依据。

结项摘要

以杉木、杨木、桉树、马尾松等为代表人工林木材,密度、力学强度低;亟需对人工林为主的木材进行功能性改良,实现其高值化利用。自然界中的柚木、龙竹、珊瑚、珍珠等生物自然矿化结构独特、材性优异,为强度极高、软硬适中又不失韧性的天然复合材料。.若能师法自然,通过人工构建与调控不同类型、浓度离子络合等仿生环境条件,模拟柚木等优质木材的天然生物矿化过程,借鉴阴沉木与硅化木中硅质层形成机制,使SiO2等无机物成核、定向及生长,可实现木材细胞壁仿生矿化;解决其仿生矿化过程中,长链聚胺等有机诱导剂、聚乙烯亚胺等矿人工定向可控释放这一关键科学问题。.项目组严格按本项目(31770606)《资助项目计划书》的要求,开展并完成相关研究,全面完成或超额完成各项目标任务;并严格按照《国家自然科学基金条例》和《资助项目计划书》预算专款专用。具体是:通过解明SiO2仿生矿化过程关键影响因子、构建木材仿生矿化微环境,模拟非活立木木材的自然生物矿化过程,调控木材细胞壁仿生矿化形成过程中有机-无机杂化结构,揭示了其矿化机理与调控机制,并构建了木材可控仿生矿化理论技术体系,创新无机物功能化仿生增强人工林木材技术方法。.项目成果:(1)人工构建与优化了木材仿生矿化微环境;(2)获仿生矿化木材细胞壁-纳米SiO2之有机-无机杂化沉积结构;(3)创新纳米SiO2在木材细胞壁上可控仿生矿化理论;(4)发表第一标注期刊论文10篇;获授权国家发明专利2件、申请发明专利3件;共培养硕士4名、博士1名;(5)基于项目相关研究成果,与国内外同行广泛交流并进行合作研究;(6) 项目负责人获湖南省农林生物质复合材料创新团队成员并获湖南省科技创新团队奖, 项目组苌姗姗晋升为教授、梁林富晋升为副教授并访学德国柏林大学两年。.项目研究成果为其木材功能性改良向与物理、生物和化学技术相结合方向发展提供科学依据。

项目成果

期刊论文数量(10)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Sodium silicate/magnesium chloride compound‑modifed Chinese fr wood
水玻璃/氯化镁复合物——改性中国木材
  • DOI:
    10.1007/s00226-021-01327-0
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Wood Science and Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Yuan Zhang;Xiaoqian Bi;Ping Li;Yiqiang Wu;Guangming Yuan;Xianjun Li;Yingfeng Zuo
  • 通讯作者:
    Yingfeng Zuo
Kinetic analysis of the pyrolysis of wood/inorganic composites under non-isothermal conditions
非等温条件下木材/无机复合材料热解动力学分析
  • DOI:
    10.1007/s00107-020-01606-w
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    European Journal of Wood and Wood Products
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Tao Yang;Guangming Yuan;Mingchu Xia;Mingming Mu;Shiyao Chen
  • 通讯作者:
    Shiyao Chen
Construction of a network structure in Chinese fir wood by Na2SiF6 crosslinked Na2SiO3
Na2SiF6交联Na2SiO3构建杉木网络结构
  • DOI:
    10.1016/j.jmrt.2020.10.033
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of materials research and technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Ya Zhou;Yuan Zhang;Yingfeng Zuo;Yiqiang Wu;Guangming Yuan;Xianjun Li
  • 通讯作者:
    Xianjun Li
基于醛或酮基咔唑超交联多孔聚合物的 合成、表征与气体吸附性能
  • DOI:
    10.7503/cjcu20170823
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    ZHANG Rongrong;YUAN Guangming;LUO Weihua
  • 通讯作者:
    LUO Weihua
Sodium silicate/waterborne epoxy resin hybrid‑modifed Chinese fr wood
水玻璃/水性环氧树脂杂化材料——改性仿木
  • DOI:
    10.1007/s00226-021-01287-5
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Wood Science and Technology
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Zhengyu Sun;Jianxiong Lv;Zhangheng Wang;Yiqiang Wu;Guangming Yuan;Yingfeng Zuo
  • 通讯作者:
    Yingfeng Zuo

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其他文献

风力机叶片两点疲劳加载系统耦合机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Journal of Vibroengineering
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    黄雪梅;张磊安;袁光明;王娜
  • 通讯作者:
    王娜
基于模糊控制理论的风电叶片静力加载试验控制算法研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    International Journal of Smart Home
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张磊安;黄雪梅;袁光明
  • 通讯作者:
    袁光明
用无机纳米材料复合改性木材的机理研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中南林业科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴义强;袁光明;胡云楚
  • 通讯作者:
    胡云楚
基于自适应模糊控制的兆瓦级风电叶片疲劳加载测试精度提高方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Journal of Vibroengineering
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    黄雪梅;张磊安;袁光明;王娜
  • 通讯作者:
    王娜
杉木-纳米TiO2复合材料结构表征及复合机理分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    中南林业科技大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    袁光明;刘天柱;张南南;宫飞飞;陈超;YUAN Guang-ming1,LIU Tian-zhu2,ZHANG Nan-nan1,GONG;2.Forest Bureau of Tongdao County,Tongdao 418500,H
  • 通讯作者:
    2.Forest Bureau of Tongdao County,Tongdao 418500,H

其他文献

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袁光明的其他基金

木材-无机纳米材料仿生矿化界面非晶融合及协效强化机制研究
  • 批准号:
    32171708
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    60 万元
  • 项目类别:
    面上项目
木材-无机纳米增强相复合体系中纳米刚性粒子弥散强化机制研究
  • 批准号:
    31370569
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    15.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
纳米碳酸钙对杉木木材的复合增强效应及其机理研究
  • 批准号:
    30972305
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    31.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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  • 批准号:
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相似海外基金

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AI项目解读示例

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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