《基於生物高分子的新材料構建及其構效關係》是依託武漢大學，由張俐娜擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：基於生物高分子的新材料構建及其構效關係
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：張俐娜
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我們已有工作是突破有機溶劑加熱溶解傳統方法，創建用NaOH/尿素等水溶液低溫溶解難溶性的纖維素、甲殼素甚至聚苯胺，屬原始創新。
本項目重點解決以下問題：1.弄清生物大分子很強的分子內和分子間氫鍵作用力，指導生物高分子鏈的拆分和重組，建立高分子低溫溶解理論；2.建立生物高分子稀溶液理論及鏈構象表征新方法，確定纖維素和甲殼素在水體系低溫下的形態和尺寸；3.基於低溫溶解的纖維素和甲殼素，建立通過非共價鍵力構建生物大分子複合材料的新方法，研製一系列具有生物相容性、光電磁回響、分離與吸附或催化功能的新材料，以及生物塑膠、中空纖維、多層膜和智慧型凝膠等；4.建立生物大分子材料的聚集態結構表征新方法以及弄清其超分子結構與材料功能的關係，並建立構效關係；5.基於纖維素和甲殼素的生物相容和可降解性，構建生物醫用材料，研究它們作為細胞生長支架、藥物控釋載體以及止血和抗菌材料、中空纖維的功能，並評價它們套用前景。
結題摘要
面對塑膠廢棄物的嚴重污染以及不可再生的石油煤炭等資源日益枯竭，研究、開發和利用可再生的動、植物資源生產環境友好的材料和化學品已經引起全球關注。廢棄塑膠已列為有害物，而天然高分子屬於可持續的大分子，因此迫切需要通過科技進步加快生物質資源的基礎研究和材料開發，使新材料早日進入市場。本人主持的國家自然科學基金重點項目（21334005）主要利用豐富的纖維素和甲殼素為原料，解決它們難以溶解的問題，並將其開發為新材料。
項目執行五年期間，我們在生物高聚物的基礎研究和產業化方面已取得很大進展，主要包括以下三個方面：
（1）生物大分子的綠色溶劑和溶解機理：利用鹼/尿素水體系低溫溶解最難溶的纖維素和甲殼素，並證明溶解屬於熱焓驅動的物理過程，而且這種新溶解機理和技術具有一定普適性。同時證明纖維素和甲殼素在這些水溶劑體系中呈剛性鏈構象，容易自聚集形成納米纖維，並可由此構建高強度材料。
（2）天然高分子基新材料的構建：利用水體系低溫溶解的纖維素、甲殼素、殼聚糖和聚苯胺分別構建出絲、膜、水凝膠、氣凝膠、微球、塑膠和泡沫材料，並證明他們具有優良的力學性能、生物相容性、生物可降解性、電化學性能和吸附分離功能。這些材料在紡織、生物醫用、光電儲能、水處理和“綠色”催化領域有套用前景。由此，四川絲麗雅集團已投資4000萬元進行產業化試驗。
（3）天然多糖分子鏈構象的表征及其生物活性：首次證明了黑木耳中的一種β-葡聚糖為三螺旋鏈構象，並且容易組裝形成納米管，可以包埋多種藥物和Se納米粒子。證明香菇和黑木耳中的水溶性三螺旋β-葡聚糖具有較高抗腫瘤活性，而且抗腫瘤活性與分子量和鏈構象有關。相關基礎研究工作在Prog. Polym. Sci., Chem, Adv. Mater., Angew. Chem., Chem. Mater., Adv. Energy Mater., Nano Res., ACS Appl. Mater. Inter., ACS Sustainable Chem. Eng., Green Chem., Macromolecules, Biomacromolecules, J. Membr. Sci.等刊物上發表論文78篇，申請專利9項。這些研究成果充分證明利用可再生的生物高分子可以製造出各種新材料，它們具有切實可行的套用前景並且可引導高分子材料可持續發展。
