聚乳酸与聚丙撑碳酸酯共混体系研究

近年来，由于“白色污染”日益严重，开发可降解塑料已成为世界范围的研究热点。聚乳酸（PLA）是人工合成的热塑性脂肪族聚酯。由于其具有良好的生物降解性能，优异的生物相容性和生物可吸收性，在医学领域已被认为是最具有前途的可降解生物高分子材料。PLA还具有较高的弹性模量和硬度，可以用于包装材料。在环保要求的推动下，人们对PLA产生了进一步的研究兴趣和重视，开始了将其作为通用塑料替代产品的探索和开发。但是PLA具有自身的不足之处：热稳定性较差，脆性严重。这些对产品的性能影响较大，严重阻碍了PLA市场的进一步扩大。本论文选用同样可生物降解的聚丙撑碳酸酯（PPC）与PLA进行共混，在确保共混物生物降解的前提下，改善PLA的加工性能和提高PLA的韧性，为PLA的应用奠定基础。 1．通过熔融共混的方法制备了一系列不同比例的PLA/PPC共混物。通过DSC和力学性能测试的方法对不同比例的共混物的相容性、力学性能、及其流变性能进行研究。研究结果表明PLA与PPC是不相容的。当PLA/PPC的共混比例为50/50时共混体系有较好的力学性能。但是PPC的加入不能有效的改善PLA的韧性。 2．PPC在室温为玻璃态，这可能是PPC不能直接增韧PLA的主要原因。采用增塑的方法降低PPC的玻璃化转变温度，磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二丁酯、乙酰化柠檬酸三乙酯都可以作为PPC的增塑剂，其中乙酰化柠檬酸三乙酯的增塑效果最好。乙酰化柠檬酸三乙酯对PLA虽然也有一定的增塑作用，但是对PLA的增塑效果不如PPC的明显。 3．考虑到用增塑的PPC去增韧PLA会发生增塑剂在共混物中的重新分配， 本工作同时也对PLA/PPC/ATEC三元共混体系进行了研究。两种共混体系都是不相容体系。增塑的PPC（100PPC/5ATEC）在与PLA的共混过程中会发生增塑剂的重新分配。增塑剂的加入有效地改善了体系的力学性能，体系的断裂伸长率、冲击强度有明显的提高，但与增塑剂加入的先后顺序无关。

外消旋丙交酯的立体选择性聚合催化剂

聚丙交酯又称聚乳酸(PLA)，是目前最重要的合成生物降解高分子之一。丙交酯有L,L-丙交酯（LLA）、D,D-丙交酯（DLA）和内消旋丙交酯（meso-LA）三种立体异构体。PLA包括全同立构、间同立构、无规立构、不均匀有规立构和嵌段立构等构型。 PLA的微观链结构在很大程度上决定了PLA的理化性质。无规立构和不均匀有规立构聚丙交酯是非晶聚合物，它们可以由meso-LA或者rac-LA（LLA和DLA的等物质的量混合物）的聚合得到；而全同立构、间同立构和嵌段立构的聚丙交酯都是可以结晶的；全同立构的聚丙交酯可由纯的DLA或者LLA聚合而成，高分子量的全同立构PLA（PLLA或者PDLA）的熔点约180ºC；但是，有趣的是，等量PDLA和PLLA形成的外消旋混合物的熔点约230ºC，这与无规的poly(rac-LA)（聚外消旋丙交酯）形成强烈对照；间同和嵌段立构聚丙交酯只是最近几年才被合成出来，目前，只能通过丙交酯的立体选择性聚合才能得到，它们的结晶性和熔点随催化剂的选择性不同变化范围很大；而就降解性能而言，非晶聚丙交酯的降解速率要高于结晶性的聚丙交酯。因为序列结构对聚丙交酯的性质有很大的影响，而聚丙交酯的序列结构可以通过丙交酯的立体选择性聚合来控制，所以，近年来，丙交酯的立体选择性聚合催化剂的开发成为了一个研究热点。 我们设计合成了一系列非手性烯醇式席夫碱－铝/锌化合物，详细的表征了它们的结构，阐明了配体取代基团与催化剂构型之间的关系；将这一系列化合物用于丙交酯的开环聚合，系统的研究了不同结构的催化剂与丙交酯的聚合动力学、立体规整度之间的关系。

茂稀土配合物的合成及对环状单体聚合的催化

极性环状单体，尤其是内醋和交醋等可生物降解的生物相容性肪族聚酷的单体的开环聚合，一直是研究的热点。能使这类单体聚合的催化剂中的稀土化合物主要有稀土无机化合物，包括稀土烷氧、芳氧活化，稀土氯化物、稀土胺化物和稀土酸式盐等和茂稀土配合物。后者因能同时催化极性和非极性单体的均聚和共聚，而更显其理论意义。它们是双（五甲基环戊二烯）稀土烷基化合物、氢化物及其衍生物；但这种配合物的合成极其复杂，也难以表征。本文的目的是以简单、易得的环戊烷基环戊二烯和环戊烷基苟基为主要配体取代五甲基环戊二烯基配体，合成一系列茂稀土配合物，特别合成了相应的二价茂稀土配合物，得到五个配合物的单晶结构，着重研究了二价配合物对极性环状单体的均聚和共聚的催化作用，并研究了己内醋(CL)和丙交醋(LA)双晶共聚物的结晶特点。1．在合成双（环戊烷基环戊二烯基）甲基钦时，由于轻稀土的歧化性，我们得到了单澳桥联的双核配合物（C_5H_9C_5H_4)_3NdBrLi(THF)_3 (1)的晶体结构，通过计算配体的离子半径，得出配体空间障碍的顺序是C_5H_9C_5H_4≈Me_3CC_5H_4>Me_2NCH_2CHZC_5H_4，证明配体是C_5H_9C_5H_4时络合A离子比络合四氢吠喃分子更能使结构稳定。2．合成了三（环戊烷基茚基）稀土配合物［（C_5H_9C_9H_6) SMCl~-〕［Li~+(THF)_4](2)，它以离子对存在，三个环质心与氯离子在钐的周围形成变形的四面体几何构型，而四个四氢吠喃配体中的氧原子则在锉原子周围形成正四面体。由于分子结构的高度对称性，该配合物以立方晶系结晶，这种高度对称晶系在稀土配合物中的出现尚未见报道。三个大空间阻碍的配体相互作用导致苟环变形，使得衫与环上碳原子间的最长键长接近3A。3.得到了稀土甲基配合物的中间体双（取代荀基）稀土臆的氯化物〔(C_5H_9C_9H_6)_2Yb（μ-Cl)_2Li(Et_2O)_2]（3）的晶体结构，通过比较分子结构及部分键长与键角，可知该配合物与相应的茹基、取代环戊二烯基稀土氯化物在结构效应上相差较远，而与相应五甲基环戊二烯基稀土氯化物同构，它是第一个非五甲基环戊二烯基配体以这种分子结构存在的配合物，也说明环戊烷基rp基配体与五甲基环戊二烯基的空间效应相近。 4．首次得到取代茹基配体稀土二价配合物（C_5H_9C_9H_6）_2Yb（THF)_2 (4)的晶体结构。X-衍射表明取代茹基环是反式构象存在的，该配合物是己内酷聚合的高效催化剂。5.首次获得稀土氧分子桥联配合物［(C_5H_9C_5H_4)_2Yb (THF)]_2O_2 (5)的晶体结构，它是相应二价配合物的氧化产物。但与报道的稀土配合物的氧化产物（单个氧原子或轻基）不同，该分子中的氧以分子桥存在，且键长比正常的氧一氧单键长长，表明它已被活化。氧分子与两个镜原子形成平行四边形平面结构，它包含该分子的C对称中心。二价衫配合物与镜的配合物都对己内酷和丙交酷聚合具有很高的催化活性。6．二价影配合物在室温下，单体与催化剂浓度适当的条件下，能使己内醋在1分钟内完全聚合，聚合反应显示出活性可控的特征，得到的聚己内醋最高数均分子量为68万；聚合反应温度高，聚合速度快，反应速度分别对单体浓度和催化剂浓度呈一级反应。适当控制反应条件可使甲基丙烯酸甲酷（MMEI )与CL组成可控嵌段聚合。相比之下，臆的配合物活性比衫的略低，但分子量分布更窄，反应时间延长至24小时以上也没有出现分子量下降和分布变宽的现象。7．首次发现二价稀土配合物对丙交酷的高聚合活性。单体的转化率和产物的特性粘数都随反应时间的延长而线性增加，显出活性聚合的特征，但该线性关系与理论计算值有偏差，说明并不是理想的活性聚合，或者体系存在两种以上的活性中心，但产物分子量可以通过单体与催化剂的比例调节，且手性丙交酉旨的旋光性高度保持。8.核磁共振氢谱在3.65ppm处没有HO-CHZ-己内醋端基，而在4.24ppm有HO-CH (CH_3)COO-端基吸收峰，碳谱中169.5和173.46ppm出的吸收峰没有劈裂，以及原子力显微镜(AFM)中观察到的微相分离结构等证明所合成的CL与LA共聚物为嵌段结构，也从侧面证明该催化体系聚合内醋的活性机理。9．发现二价配合物引发己内酷或丙交醋的聚合反应的引发过程是价态不变的，配体成为聚合物的端基。10.对CL-LLA嵌段共聚物的研究表明，与相同组成的共混物相比，由于受到PCL段的影响，嵌段共聚物中PLA段的结晶能力大大下降；首次采用AFM跟踪双晶嵌段共聚物结晶行为和微相分离行为随温度变化的规律，发现在嵌段共聚物微相分离结构中存在PLA纳米晶丝，随着温度升高，PLA的纳米晶丝逐渐增加，并将蠕虫状微相分离结构分割。11．嵌段聚合物的组成对结晶行为影响很大，当PCL含量为43.8%（摩尔）时，随着温度从27℃升到80℃,共聚物中PLA逐渐发生结晶，当温度升到160℃并降温至80℃时，PLA形成球晶结构；而当PCL含量为69.7%（摩尔）时，随着温度从27℃升到80℃，共聚物中PCL段结晶逐渐融化，而PLA逐渐结晶，当温度升到160℃并降温至80℃时，PLA没有发生结晶，进一步降温至27℃，出现球晶结构。

钙催化剂在生物降解脂肪族聚酯合成中的应用

生物降解高分子在环境保护以及组织工程、药物控制释放、骨固定等医药领域有着广泛的应用。特别是以聚丙交酷（PLA）、聚乙交酯（PGA）、聚。一己内酯（PCL）以及它们的共聚物为代表的化学合成生物降解高分子材料，由于具有优异的性能、可以大规模生产、成本较低等优点，得到了人们广泛的关注。作为生物医用材料，对无毒性的要求很严。而现在所用的脂肪族聚酯大都是用金属盐、金属有机化合物等作为催化剂合成出来的，不可避免残留一些催化剂所用的金属元素。研究表明，即使是已经获得美国FDA批准的，现在用得最普遍的辛酸亚锡所残留的锡也可能引起一些细胞毒性。因此对毒性小且活性高的催化剂的研究是非常有意义。钙离子对人体是没有毒性的，因而这几年已引起了人们的兴趣，但文献中报道的钙催化剂，如CaHZ等，催化活性尚不够让人满意。本文对高效的钙催化剂在生物降解脂肪族聚酯中的应用进行详细的研究，得到了一些有意义的结论：1、用EO和PO处理的有机氨钙催化剂（Ca／EO和Ca／PO）聚合了CL和LLA。发现CL聚合速度很快，M／I=650时70℃反应3h后收率已达到90％以上，LLA的聚合速度比CL要慢，M／I=650、70℃反应10h后收率才达到90％以上。以上聚合反应有明显的活性聚合的特点：反应初期Mv和收率和聚合时间呈线性关系；Mv在一定范围内和M／I成线性关系。2、用红外、原子吸收和核磁共振等分析手段阐明了有机氨钙催化剂的结构：结构，而且这两个催化剂的活性中心分别是均是Ca-O键。CL和LLA的开环聚合可能是以配位一插入的机理进行的。3、用C。／PO催化剂聚合LLA时有一定程度的消旋化反应发生，曳NMR研究表明相当于88％的LLA和12％外消旋以共聚。提高反应温度到110℃时比旋光度只有-125℃说明消旋化反应比较严重。4、用C。／PO催化剂先聚合CL再聚合LLA的方法合成了PCL-PLA两嵌段共聚物，并用泊NMR，13C NMR，GPC，DSC，WAXD进行了表征。其绝对和相对分子量可以通过M／I和投料比进行控制。定量碳谱图表明有较严重的消旋化反应发生，相当于84％的LLA和16％外消旋LA共聚。DSC和似XD分析表明，PLA段的分子量小时PLA段不结晶，当PLA段的分子量达到一定程度（3000以上）后PCL一PLA嵌段共聚物有相分离现象发生。5、以各种分子量的PEG为引发剂用氨钙催化剂和开环聚合CL，合成了一系列PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物，并用妞NMR，laCNMR，GPC，DSC，做XD进行了表征。聚合物的结构可以通过改变PEG的分子量和CL／PEG投料比来调整。从DSC和wAXD分析可以得出以下几个结论：PCL-PEG-PCL嵌段共聚物有相分离现象发生，形成PCL和PEG微相区域；PEG段的结晶行为受先结晶的PCL段的影响；PCL段的分子量越大PEG段的Tc和Tm越低，其结晶度越低。6、以各种分子量的PEG为引发剂用氨钙催化剂80℃下开环聚合LLA24小时，合成了一系列PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物，和别的催化剂比起来温度低得多，反应时间也短得多。可以通过改变PEG的分子量和CL／PEG投料比来调整聚合物的结构。DSC和WAXD分析表明，PLA-PEG-PLA三嵌段共聚物中PEG段的结晶能力受PLA段的影响非常大：当PEG段的分子量很小时（如1000）很难结晶；即使当PEG段的分子量较大时如果PLA段的分子量达到一定程度时PEG段同样也不结晶；而且PLA段的结晶行为受本身分子量的影响比较大，其Tc和伽随着分子量增加有较大的提高。7、合成了MPEG-PLA两嵌段共聚物，发现合成PLA段的分子量大的聚合物比较困难，MPEG-PCL两嵌段共聚物很难合成。DsC和WAXD分析表明，PLA段对MPEG段结晶有一定程度的影响，但是比三嵌段共聚物的影响要小得多。8、用荧光光谱和IHNMR研究了上面合成出的几个样品的胶束行为。发现cmc由大到小的顺序为MPEG（5000）-PLA（5100），PLA（3050）-PEG（4600）-PLA（3050），PCL（2270）-PEG（5000）-PCL（2270），PCL（4600）-PEG（4600）-PCL（4600）。PCL-PEG-PCL三嵌段共聚物在水中形成了具有核一壳结构的胶束。9、以苯甲醇处理的有机氨钙催化剂开环聚合了CL。泊NMR谱图表明得到的聚合物具有苯端基。这一结果为用硝苯基乙醇代替苯甲醇制备催化剂，然后开环聚合CL或LA得到硝基苯端基的脂肪族聚酯打下了实验基础。

脂肪族聚醚/聚酯-聚氨基酸嵌段聚合物的合成与表征

在最近的二三十年间，人们发现生物降解高分子在医药领域有很高的应用价值。如脂肪族聚酯，例如PGA（聚乙交酯），PLA（聚丙交脂），是一类重要的生物降解材料。由于它们的低免疫性和高的生物相容性，这一类材料被广泛应用于医药领域。众所周知，PEG（聚乙二醇）具有显著的生物相关性及优异的理化性质，包括：亲水性，溶于水及多种有机溶剂，无毒，不产生抗体及免疫性反应。这使得PEG被广泛应用于医药领域。同时它还被应用于与聚酯生成两亲性嵌段聚合物以改进聚酯的性能，生成具有一些新的特性的聚合物。在以上这些生物降解材料的应用过程中，人们发现需要在聚合物中引入功能基团以满足挂载药物，生物活性物质或在基因转移方面的应用。众所周知一些天然氨基酸具有活性基团，例如谷氨酸和天冬氨酸具有梭基，赖氨酸具有氨基，能够满足这类需求。于是我们就尝试着将聚氨基酸引入聚酯中，形成共聚物。同时共聚物中聚氨基酸段的存在改变了共聚物的降解性，使得它们能够被酶所降解。本文合成了端基为氨基的聚乙二醇单甲醚-聚丙交酯两嵌段聚合物（MPEG-PLA）以及将之应用于α-氨基酸-N-羧酸配（NCA）的开环聚合合成了聚乙二醇单甲醚一聚丙交酯-聚γ-苄基-L-谷氨酸三嵌段聚合物（MPEG-PLA-PBLG）。由于生物医用高分子材料用途的特殊性，需要聚合物中残留的催化剂易于除去或要求催化剂是无毒的。有机氨钙催化剂由于中心原子是人体中含量最多的金属元素一钙，因此非常适合于这一领域。本文运用氨钙催化剂合成了端基为氨基的聚。一己内酯并用为大分子引发剂，引发γ-苄基-L-谷氨酸NCA，合成了聚ε-己内酯-聚γ-苄基-L-谷氨酸两嵌段聚合物（PCL-PBLG）。三嵌段聚合物（MPEG-PLA-PBLG）以及两嵌段聚合物（PCL-PBIG）由泊NMR，IR，GPC，DSC进行了表征，证明了它们是所要制得的目标化合物。

可生物降解的两亲性嵌段共聚物的自聚集行为研究

可生物降解的两亲性嵌段共聚物PLA-PEG飞所制备的胶束或纳术粒子，作为潜在的药物控制释放体系弓！起人们广泛的兴趣。，方们授有寿比山于PEG链的空间位阴．效应可以避免单核噬菌体的吞噬，、并且可以通过控制可降解部分的降解行为实现药物的持续释放，使在微载体内所包载的药物分子持续释放出来。尽管高聚物的胶束和纳米粒子作为药物的胶体载体已作厂泛研究，但是对其本身物理化学性质与应用之间的联系研究甚少。因此本文对一系列PLLA和PEG两嵌段和三嵌段共聚物的自聚集行为进行了细致研究，得到了以卜结论：1．以花为"模型药物"，通过荧光探针技术对一系列两亲性共聚物在水呀招夜和NaCI溶液种的胶束化行为进行了研究。这些共聚物是由一种新型氨钙催化利，以人分J，的聚乙二醇（PEG）为引发剂，引发丙交酷开环聚合得到，，其中囚定长度阴 PEG段分剐为44，104和113环氧乙烷早兀，PLLA的长没在15-280乳酸中元之间。由于氨钙准活性的特点，这些共聚物的分散度较低，均在1.1-1.3之间。其临界胶束浓度cmc发现随PLLA的含量增加I荆氏。具有同一PEG长度的两嵌段和三嵌段共聚物cmc值的截然差别为它们胶束的构型不同提供了证据。同时也发现了NaCI的加入对丫EG段和争LLA段较短洪聚物的cmc的降低有明掀笋作用，而对具有较长PEG段或较长PLLA段的共聚物的cmc基本上没有什么影响。2．通过荧光探余十技术测定花在这一系列共聚物胶束溶液锄勺配分系数在0.2*10~5至1.9*10~5之间，对于同-PEG段的共聚物，花在其胶柬相中的配分系数随PLLA的含量的增加而增加。另外发现NaCl的加入能够促进花在胶束相中的配分。3．通过透射电子显微镜研究了两嵌段共聚物水溶液胶束的形貌，发现胶束的粒径和分散度均随PLLA段的增加而增加：通过原子力显微镜研究"这些纳米粒子退火前后的形貌变化，发现退火后纳米粒子重新自聚集为类似于神经网络红脚乏的"纳米条带"结构，其中心为类似"神经元"的团簇结构，而周困为支化的车由突"分支结构，这与文献上提到的只有三嵌段共聚物能够形成支化的"纳米条带"结构截然不同，其自聚集机理在进，步研究之中。4．以亲水性的荧光素为荧光探针研究了两嵌段共聚物在甲苯中的胶束化行为，发现其clnc值随PLLA段的含量增加而降低，相对于PEG段，PLLA段在其胶宋化过程中起主要作用。通过1HNMR证明两嵌段共聚物在甲苯中的胶束具伯以PLLA段为"核"、PEG段为"壳"的"核-壳"结构，这种胶柬化行为通过溶解度参数的差异进行了解释。5.通过原子力显微镜发现，当这些胶束滴加在云母表面上经过热处理后，这些胶束重新自聚集成为规则的具有平缓隆起的纳米结构，这与由水中得到的胶柬热处理后的形貌截然不同，并对此进行了进一步解释。由XPS分析认为主要是PEG段覆盖在PLLA段表面。

可生物降解电纺丝超细纤维

电纺丝技术是一种用来制备超细纤维的方法，成本低廉、简单易行。近十年来，电纺丝技术在理论研究和实验参数研究等方面都取得了不小的进展。由电纺丝技术制备的超细纤维直径至少比传统的纺丝工艺低1-3个数量级，因此，在增强复合材料、过滤系统、防护衣、光学和电学器件及生物医药等方面都显示出巨大的应用潜力。尤其是在生物医药领域，电纺丝超细纤维可广泛用作组织工程支架、药物传输与控制释放的载体及创伤敷料等，这也是国际上的一个研究热点。但由于电纺丝过程的复杂性和实验参数的多样性，制备直径分布范围窄的纤维一直是电纺丝的难点之一，另外，以电纺丝超细纤维作为药物传输与释放的载体也是近两年才刚刚发展起来的，还不十分成熟，经常会存在药物的突释现象。针对以上问题，本论文以可生物降解高分子材料PLA、PLGA（80／20）和PCL进行电纺丝，系统地研究了溶剂体系、表面活性剂、鲜溶液流速、喷丝口直径及环境温度与空气流动速度等因素对电纺丝过程及纤维形貌和直径分布的影响，同时对电纺丝纤维的性质进行了分析。在此基础上，我们研究了PLLA和PCL电纺丝超细纤綷的酶降解行为，并实现了PLLA纤维对抗癌药紫杉醇和1. 以氯仿、氯仿/丙酮、1、2-二氯乙烷及氯仿/1,2-氯乙烷为溶剂体系，制备了PLA、PCL和PLGA（80／20）的电纺丝超细纤维。当氯仿与丙酮的体积比为1：1时为最佳溶剂体系，电纺丝过程和纤维形貌都得到较大的改善。阳离子表面活性剂节基三乙基氯化按（TBBAC）和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）的加入也可以显著改善电纺丝过程和纤维的直径分布，而非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO10）的改善程度较小。压力较大或喷丝口直径较粗时，则会由于溶液流量的增大而造成纤维的粘连。空气流速较大时，则纤维会由于空气的对流速度加快而发生缠绕和卷曲。2．PLLA、PCL和PLGA（80／20）超细纤维毡的孔隙率都较大，分别达到89％、68％和80％，因此，PLLA和PCL纤维的力学性能都远远低于膜。3．电纺丝过程会使纤维中的高分子链产生一定的排列和高度的取向，但由于纤维的固化速度很快，高分子链来不及进行规整排列而形成结晶，因此，DSC和WXAD的结果都显示，PCL纤维毡的结晶度要比相应的膜低。对于PLLA纤维毡来说，由于Tg在室温以上，在进行DSC测试的升温过程中，会由于分子链的运动而使结晶度升高。4．蛋白酶K在Tris-HCL缓冲液中略显正电性，因而阴离子表面活性剂对蛋白酶K会有一定的吸附作用，而阳离子表面活性剂对蛋白酶K在纤维表面的吸附则有一定的阻碍作用，因此，含有5wt％SDS的PLLA纤维的酶降解速率比含有swt％TEBAC的PLLA纤维稍快。虽然纤维中PLLA的分子链可能高度取向，但在整个降解过程中，PLLA纤维样品都处在非晶状态，没有明显的结晶行为。5．与PLLA纤维的降解情况恰好相反，由于脂肪酶PS在磷酸盐缓冲液（PBS）缓冲液中显示较强的负电性，因而阳离子表面活性剂TEBAC会对脂肪酶PS有吸附作用，从而含有5wt％TEBAC的PCL纤维降解速度较快，而阴离子表面活性剂SDS会对脂肪酶PS在纤维表面的吸附有阻碍作用，因此，降解反应在含有5wt％SDS的PCL纤维中几乎不能发生。DSC和WAXD的结果均显示，在降解过程中，含有5wt％TEBAC的PCL纤维的结晶度明显升高。这有两个可能原因：一是脂肪酶PS对PCL纤维的降解是优先发生在无定形区：二是因为降解实验是在37℃的条件下进行的，该温度在PCL的Tg之上和TC温度附近，因而，具有高度排列和取向的PCL纤维就会由于分子链的运动而产生结晶，造成结晶度的提局。6，在电纺丝溶液中加入利福平、紫杉醇和阿霉素等药物，同样会改善电纺丝过程，使纤维直径降低，分布变窄。7．SEM照片和药物控制释放实验均显示，药物模型利福平或抗癌药紫杉醇完全被包埋在PLLA纤维内部，同时，利福平一PLLA纤维和紫杉醇－PLLA纤维在含蛋白酶K的Tris-HCl缓冲液中的释放遵循零级动力学，完全没有突释现象。PLLA纤维的降解速度是药物释放的主导因素。这是在国际范围内首次取得这样的结果，从而使电纺丝超细纤维药物剂型的发展取得了本质上的进步。8．药物在溶剂体系中的溶解性及与高分子材料的相容性是影响药物能否被纤维成功包埋的直接因素，一般脂溶性药物易于被脂溶性的高分子纤维包埋。因此，水溶性的盐酸阿霉素难于被包埋在脂溶性的PLLA纤维内部，在纤维外面和表面存在大量盐酸阿霉素的颗粒。相应地，其药物释放行为存在明显的突释现象，这主要是由纤维外面和表面的盐酸阿霉素的溶解、扩散造成的。而经去盐酸化的阿霉素的脂溶性较好，因此，在PLLA纤维中的包埋及释放行为均得到明显的改善，可实现阿霉素的恒速释放，无突释行为。9．SEM照片显示，药物模型利福平被完全包埋在PLGA（80／20）纤维内部，利福平-PLGA（80／20）纤维在PBS中的释放速率是随着纤维中利福平含量的增加而增加的，利福平的含量越大，其释放速率越快。在释放前期，利福平的扩散起主导作用，而在释放后期，其释放行为则是利福平扩散和PLGA（80／20）降解的双重作用结果。适当增加利福平在纤维中的含量（30wt％），则可以获得恒速的释放行为。10．PBS中TEBAC或SDS浓度的增加会在一定程度上使利福平-PLGA（80／20）纤维的释放速率加快，这主要是由于表面活性剂会降低PBS的表面张力，增加水对PLGA（80／20）纤维的浸润能力，从而加快了利福平的扩散速度。

可生物降解聚合物药物载体及其制备技术

药物释放体系因其具有提高药物的疗效，降低药物的毒副作用，减少药物的服用次数，拓宽给药途径等特点，而成为近几年来人们研究的热点。生物可降解高分子，由于它们在体内可以降解，降解产物可以被机体吸收或代谢，不存在积累在体内的危险，因此成为药物释放体系的载体的首选材料。特别是脂肪族聚酷类高分子，在与聚乙二醇形成嵌段共聚物后，不仅具有生物可降解性，而月＿大大地改善了材料与人体的生物相容性，作为药物载体材料时，延长了药物在体内的循环时间，降低了免疫响应性，引起了人们的极大兴趣。因此本论文主要是以MPEG-PLA两嵌段聚合物为药物的载体材料，详细研究了高分子量的MPEG-PLA两嵌段聚合物对紫杉醇的包裹，研究了MPEG-PLA和PLGA聚合物合金对胰岛素固体粉末的包裹，以及低分子量的MPEG-PLA的紫杉醇前药的合成、表征和由它制备而成的胶束的一些性质，取得了一些有意义的结果：1、采用改进的O／W乳液法，用高分子量的MPEG-PLA嵌段共聚物实现了对紫杉醇的纳米化包裹，并证实了聚合物的分子量对所制备的纳米微球的粒径的影响：分子量越大，粒径越大。同时发现了微球粒径越小，药物的包裹量越低。2、用扫描电镜（SEM）、光电子能谱（XPS）、差热分析（DSC）对纳米微球进行了分析和测定，结果表明，微球的尺寸在30Om-800nm范围，紫杉醇在纳米微球的表面几乎不存在，而是以无定形的状态分布在纳米微球中。3、对纳米微球中紫杉醇体外释放行为进行了侧定。它们显现出了明显的双相行为，即在初期释放速度很快，随后的释放速度变慢。同时，研究了MPEG-PLA的分子量对释放行为的影响：聚合物分子量越大，紫杉醇释放的速度就越慢。4、用固体粉末法和双乳液法对胰岛素进行了包裹，其中固体粉末法采用的是PLGA和MPEG-PLA两聚合物的混合溶液对纳米胰岛素颗粒进行了包裹，包裹率分析表明：固体粉末法对药物的包裹率高于双乳液法。所得的微球都是很好的球形，其尺寸在1-3um左右，它的剖面是核壳结构，胰岛素以晶粒的形式被包裹在微球中间。5、对固体粉末法和双乳液法制备的微球的体外释放行为进行了对比，发现由两种聚合物合金制备的微球的暴释现象得到了缓解，同时发现两种聚合物的配比不一样，其暴释缓解的程度不一样。6、以辛酸亚锡为催化剂成功地合成了低分子量的MPEG-PLA两嵌段聚合物。二经基乙酸配与过量的叔丁醇在DMAP存在下反应，成功制得了二轻基乙酸单叔丁酷。MPEG-PLA的端经基与二经基乙酸单叔丁酷在DCC参与下脱水酷化再将叔丁基去保护，便得到端梭基的MPEG-PLA。7、端基为梭基的MPEG-PLA与紫杉醇的2’-羟基或7-轻基进行了酷化反应，制备出MPEG-PLA-紫杉醇前药。8、制备了四种低分子量的MPEG-PLA-紫杉醇前药，用1H NMR和GPC进行了表征分析。紫杉醇前药中紫杉醇的含量最高可达到20％，依赖于MPEG-PLA中PLA段的长度。9、用荧光探针法考察了MPEG-PLA两嵌段聚合物和MPEG-PLA-紫杉醇前药的胶束化行为，发现前药总比相对应的两嵌段聚合物有更低的临界胶束浓度（CMC）。用透射电镜观察了胶束的形貌和尺寸大小，以及接药前后胶束尺寸的变化。发现都是很好的球状胶束，MPEG-PLA两嵌段聚合物和MPEG-PLA-紫杉醇前药胶束的平均粒径分别为25±3nm和33士Znm，说明聚合物在接药后，随着疏水部分分子量的增加，所形成的胶束粒径也增大。

聚乳酸的热稳定性及力学性能的研究

近年来，由于“白色污染”日益严重，不仅影响了人们的日常生活，而且给国家的经济生产带来巨大的危害。因此，开发可降解塑料已成为世界范围的研究热点。聚乳酸是人工合成的热塑性的脂肪族聚醋。由于其具有良好的生物降解性能，优异的生物相容性和生物可吸收性，在降解后不会遗留任何环保问题，在医学领域已被认为是最具有前途的可降解高分子材料，例如用作手术缝合线，骨科固定材料，药物缓释和组织培养等。另外，聚乳酸还具有较高的弹性模量和硬度，可以用于包装材料。在环保要求的推动下，人们对聚乳酸产生了进一步的研究兴趣和重视，开始将其作为通用塑料替代产品的探索和开发。但是PLA自身的不足之处：热稳定性较差，脆性严重，价格昂贵。这些对产品的性能影响较大，严重阻碍了聚乳酸市场的进一步扩大。本文就是针对聚乳酸的不足之处，找到行之有效的解决办法，为聚乳酸的进一步推广奠定基础。1．采用熔融共混的方法，加入少量的有机蒙脱土，制备出聚乳酸／蒙脱土纳米复合材料。通过广角X射线衍射表明，复合材料中蒙脱土片层间距增大，聚乳酸的分子链插入到蒙脱土片层的层间隙中，形成了嵌入式插层结构。由热失重实验结果表明，蒙脱土的加入使聚乳酸的热稳定性明显改善。与纯聚乳酸相比，它的热分解温度在空气中至少提高了22.5℃，在氮气中至少提高了14℃。2．聚乳酸与有机小分子亚磷酸三苯酷熔融共混。由热失重实验结果表明，聚乳酸的热稳定性显著改善。核磁共振谱表明，主要是在熔融共混过程中，聚乳酸同亚磷酸三苯酷发生了化学反应，使得聚乳酸的分子发生扩链反应，使得分子量增加。分子量增加，热降解温度提高。3．采用熔融共混的方法，制备了聚乳酸／碳酸钙和聚乳酸／聚乙二醇／碳酸钙复合材料。由拉伸实验和冲击实验结果表明，碳酸钙的填充量能够达到50％，成本降低；并且材料的机械性能明显改善。

外消旋丙交酯的立构选择性聚合

由于具有良好的生物相容性和生物降解性，聚乳酸被广泛地应用于组织工程，药物控制释放和环境材料工程等领域。由于聚乳酸的物理、机械和降解等性质在很大程度上决定于其链序列结构，所以丙交醋的立构选择性聚合就成为了一个研究热点。本文合成了一系列无手性席夫碱一铝配合物，并将其用于外消旋丙交醋的立构选择性聚合，此外还对聚合所得的不同立构规整度的聚外消旋丙交酯进行了初步表征。具体的实验结果如下：1．合成了无手性席夫碱一乙基铝配合物（2）和席夫碱一异丙氧基铝配合物（3）。在等摩尔量异丙醇的存在条件下，配合物（2）对rac-LA的开环聚合具有良好的控制性和立体选择性。所得到的聚乳酸是结晶性的聚合物，可以形成一种PLA立体络合物。同核去偶~1HNMR和~(13)CNMR结果表明，它们都是立构嵌段型的聚合物，其平均嵌段长度为11个乳酸单元。端基分析发现：配合物（2）本身没有引发rac-LA的开环聚合，它是在原位先与异丙醇反应生成相应的烷氧基铝化合物，然后，后者再引发rac-LA的开环聚合。因此将席夫碱-异丙氧基铝配合物（3）直接用于引发rac-LA的开环聚合，也具有良好的控制性和立体选择性。2．制备了一系列的席夫碱一铝配合物（5-8）用考察席夫碱配体的性质对催化剂的催化活性和立构选择性的影响。实验结果表明，在苯环上引入较大的取代基（如叔丁基）有助于提高立构选择性，但是增加二元胺桥刚性则会使立构选择性下降。此外，还考察了聚合温度对于配合物（8）／异丙醇催化rac-LA开环聚合的影响，发现降低聚合温度有利于提高全同键接的含量。3．通过控制聚合温度得到了具有不同立构规整度的立构嵌段型聚外消旋乳酸（Pm0.77～0.88）。与PLLA和无规立构聚乳酸不同的是，这些聚外消旋乳酸都可以形成PLA立体络合物，其熔融温度也相对较高；并且随着聚外消旋乳酸的Pm值的增大，其结晶性能也相应增加。

带侧羧基的脂肪族生物降解聚合物

生物降解脂肪族聚酷如聚乙交醋（PGA）、聚丙交醋（PLA）、聚。一己内酷（PCL）以及它们的共聚物由于具有良好的生物相容性和生物降解性而在外科手术缝合线、组织工程、药物控制释放、骨固定等领域得到很多应用。但是，它们自身缺乏功能基团，亲水性差，因而在应用上受到很大限制。因此，含有功能侧基生物降解聚合物的制备在过去十年中受到大家极大的关注。功能基团的引入对于调节聚合物的性能如：亲水性、生物降解性和药物的渗透性等非常重要。需要特别指出的是，功能基团的引入为把药物和其它生物活性物质与聚合物结合进而扩大聚合物的应用范围提供了机会。本文合成了几个功能化单体并且通过共聚的方法制备了几种新型的两亲性功能化聚合物。这些改性后的聚合物可以通过化学键接上药物或者其它生物活性物质，有望作为靶向控释药物载体和智能化的组织工程支架材料。具体的研究结果如下：1．以2，2-二羟甲基丙酸节酷为功能单体，通过两步法成功合成了一系列新的带功能基团的聚酷酞胺，并通过1H NMR和FTIR对聚合物的化学结构进行了表征，DSC结果表明所合成的聚酯酰胺的Tm和Tg分别在150℃和0℃左右；2．合成了功能化的环状单体（35）-3-［（苄氧羰基）乙基」吗啉-2，5-二酮（BEMD），并以PEG作为引发剂，Sn（Oct）2作为催化剂，通过L一LA和BEMD的开环共聚合得到共聚物PLGBG-PEG-PLGBG；随后用10％铭碳催化氢化得到带有侧梭基的两亲性嵌段共聚物PLGG-PEG-PLGG和其它两亲性嵌段共聚物一样，PLGG-PEG-PLGG在水溶液中能够自组装成胶束，用花作为荧光探针，通过荧光光谱法研究了其形成胶束的过程并测定了它们的临界胶束浓度，发现在总的分子量大致相当的情况下，PLGG-PEG4600-PLGG比PLGG-PEG2000-PLGG有较高的临界胶束浓度；场发射电子显微镜表征结果显示胶束具有均一的球形特征，动态光散射结果表明该胶束具有较窄的单峰粒径分布；蛋白酶K溶液中的降解研究表明带有侧梭基的PLGG-PEG-PLGG比PLA具有更快的降解速率；人胚关节软骨细胞培养结果表明所合成的聚合物PLGG-PEG-PLGG显示出较好的细胞相容性。3．在缩合剂DCC和催化剂DMAP存在下，带有侧梭基的两亲性嵌段共聚物PLGOPEG-PLGG和紫杉醇发生缩合反应得到两亲性嵌段共聚物一紫杉醇键合药P（LGG-paclitaxel）-PEG-P（LGG-paclitaxel）。它具有两亲性嵌段共聚物的性质，能够自组装成胶束，场发射电子显微镜表征结果表明胶束具有均一的球形特征，动态光散射结果表明该胶束具有较窄的粒径分布，平均粒径为119.4nm。该胶束的药物释放具有pH敏感性，酸性环境中比生理环境中（pH＝7.4）具有较快的释放速率。P（LGG-Paclitaxel）-PEG-P（LGG-paclitaxel）胶束的壳层由良好亲水性的PEG组成，避免了胶束纳米粒子在血液循环中被人体网状内皮系统吞噬，保证有充足的时间通过EPR效应在肿瘤部位聚集，进而通过细胞内吞进入细胞并在细胞内的酸性环境中释放药物，进一步的研究工作有待深入进行。4．合成了功能化的环状碳酸酷单体MBC，以MPEG作为引发剂，ZnEt2作为催化剂，LLA和MBC发生开环共聚合，以较高的转化率，得到高分子量共聚物MPEG-b-P（LA-co-MBC）。13C NMR表明LLA和确c发生了无规共聚合；DSC征结果表明MPEG-b-P（LA-co-MBC）为无定型态聚合物，Tg在20-50℃之间，随着MBc含量的增加而降低；MPEG-b-P（LA-co-MBC）脱保护后得到带侧梭基的MPEG-b-P（LA-co-MCC），它的Tg明显提高，可能是聚合物侧梭基之间强的氢键作用力以及梭基对水解反应的催化作用造成的；脱保护前后的共聚物在蛋白酶K溶液中的降解研究表明，MPEG-b-P（LA-co-MCC）的降解速率大于MPEG-b-P（LA-co-MBC）的降解速率；人胚关节软骨细胞培养结果表明，所合成的MPEG-b-P（LA-co-MCC）是一种具有良好生物相容性的新型生物降解材料。5．利用本实验室开发的一种新型有机氨锯引发剂Sr-PO在温和的条件下通过顺序加料聚合的方法合成了新的嵌段共聚物PCL-b-PMBC。WAXD结果表明 PCL-b-PMBc中PCL的衍射峰均可观察到，只是衍射峰的强度随着PMBC含量的增加而减弱。DSC结果表明PCL-b-PMBC中PCL的Tm在57到52℃之间，并且随着PMBC含量的增加而降低。PCL-b-PMBC的玻璃化转变在-41.6 到-23.3℃之间，随着PMBC含量的增加而增加，这表明PMBC和PCL之间 有着强的相互作用，尽管两段不是完全相容的。PCL-b-PMBC的侧节醋在10％把碳催化下氢化还原为带侧梭基的PCL-b-PMCC后，衍射峰和结晶焙大大降低，说明侧梭基的存在使得分子链间有着强的氢键相互作用而不利于结晶。由以上分析可知，PCL-b-PMCC侧梭基的存在将会使共聚物的降解速度大大提高，而且因为功能梭基的存在可以使共聚物通过化学键连接上药物、短肤、寡糖或者其它生物活性物质，从而扩大该聚合物在生物医学领域的应用范围。

湖南尖吻蝮(D. acutus)蛇毒出血毒素的纯化、性质和溶液构象研究

通过Sephadex G-75凝胶过滤，QAE-Sephadex A-50和CM_Sephadex C-25离子交换的步骤，我们从湖南产尖吻蝮(Dienagkistrodon acutus)蛇毒中纯化出两个出血毒素，分别称之为DaHT-1和DaHT-2。在聚丙烯酰胺凝胶电泳(PAGE)和SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳中均呈单一蛋白带，显示两个出血毒素皆为电泳纯。DaHT-1和DaHT-2的分子量相同，都为23,500道尔顿，具有相似的氨基酸组成，其中酸性氨基酸(Asx和GLx)分别占23%和24%。经等电聚焦(IEF)测得它们的等电点分别为5.6和5.2。两个出血毒素具有较强的出血活性(MHD分别为0.5和0.8μg)，都具蛋白水解酶活力，无精氨酸水解酶和PLA~2活性，但蛋白水解酶活性与出血活性并非正相关。DaHT-1，DaHT-2的最适温度分别为35 ℃，40 ℃；最适pH为6-9。对热不稳定，温度变高于60 ℃，活性完全丧失。在中性和碱性条件下稳定，在酸性条件下不稳定，pH<3，出血活性丧失。EDTA完全抑制，半胱氨酸部分抑制它们的出血活性，表明两个出血毒素都是依赖金属离子的蛋白酶，且二硫键对其活性是必需的。金属离子的分析表明每摩尔毒蛋白大约含0.5摩尔的Zn，1摩尔的Ca，较多的Na，K。Mg，不含Co。两者是糖蛋白，含糖总量分别为11%和7%。用远紫外CD谱探讨DaHT-1和DaHT-2的溶液构象所得DaHT-1的α-螺旋，β-折叠和无规卷曲分别为36.9%，27.6%和31.4%；DaHT-2的α-螺旋，β-折迭和无规卷曲分别为23.4%，37.3%和45.3%。随着pH的增大或减少，DaHT-1和DaHT-2的峰位蓝移，在酸性条件下的变化比在碱性条件下大，计算表明：α-螺旋减少，无规卷曲增多，β-折迭基本未变。温度的影响和pH相似，50 ℃时峰位蓝移，α-螺旋减少，无规卷曲增多。EDTA对其影响很大，0.02M EDTA便导致两个出血毒素呈极度的无序状态。

基于ITS 序列和matK 基因序列的中国药用石斛及其混伪品的分子鉴定

为了从分子水平对中国药用石斛及其混伪品进行鉴定，本文选取了核rDNA ITS 序列和叶绿体DNA 的matK 基因序列进行研究。采用改良的CTAB 法提取石斛的基因组DNA，PCR 产物直接测序法对17 种（共32 份）药用石斛的核糖体内转录间隔区ITS 全序列进行测定，克隆测序法对12 种（共22 份）药用石斛的叶绿体的matK 基因序列进行测定，运用BioEd it，MEGA4.0 等生物软件分析了石斛属植物的rDNA ITS 序列及叶绿体的matK 基因序列的特征，比较了石斛属间、种间、种内不同居群（品种）间的序列碱基差异及遗传距离，应用邻接法构建分子系统树。主要研究结果如下： （1）建立了17 种（共32 份）药用石斛rDNA ITS 区碱基全序列数据库，其中，ITS1 的长度为228~234 bp，GC 含量为45.7%~53.0%，变异位点167 个，占总位点67.34%，信息位点106 个，占总位点42.74%，ITS2 长度为241~247 bp，GC含量为44.8%~55.7%，变异位点165 个，占总位点66.27%，信息位点115 个，占总位点46.18%。 （2）建立了12 种（共22 份）药用石斛的叶绿体matK 基因全序列数据库，叶绿体matK 基因长1410 bp，变异位点51 个，信息位点11 个。除了存在碱基替换的遗传变异外，还存在碱基的插入和缺失。 （3）通过ITS 序列比较分析了各材料间的遗传距离和碱基差异，属间的遗传距离为0.295，石斛种间的平均遗传距离为0.142，碱基相差2~156 个，种内各居群间的平均遗传距离为0.002，碱基相差1~2 个。属间的遗传距离大于种间的遗传距离，种间的遗传距离大于种内不同居群（品种）间的遗传距离。 （4）根据分析石斛叶绿体的matK 基因序列得到，外类群（密花石豆兰）与石斛属间最小遗传距离为0.027，石斛种间的平均遗传距离为0.008，种间最大的遗传距离0.014， 最小的遗传距离为0.003，碱基相差8~20 个。种内不同居群（品种）遗传距离为0.001，相差1~5 个碱基。 （5）利用17 种石斛的全序列数据库及遗传分析软件，通过对待检种rDNA I TS区进行序列测定，成功地对10 个待检种进行了鉴定，并且在原植物开花后得到了验证。 （6）运用12 种石斛的matK 基因全序列数据库及遗传分析软件，成功地对4个待检种进行了鉴定，同样在原植物开花后得到了验证。 （7）本文利用石斛的核糖体内转录间隔区ITS 序列和叶绿体的matK 基因序列数据库分别构建了NJ 树，外类群与石斛属间石斛种间以及种内不同居群（品种）间均能在NJ 树中明显分化开来，二者构建的分子系统树一致，为石斛的分子鉴定提供了依据。 In order to identify Chinese Herba Dendrobii and its adulterant species on molecular level, we studied the sequences of rDNA ITS and chloroplast matK gene. Genomic DNA of Dendrobium was extracted using the modified cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB) method. The PCR products of the rDNA ITS sequences of Dendrobium (32 materia ls) were purified and then sequenced. The PCR products of chloroplast matK gene of Dendrobium (22 materia ls) were purified, cloned and then sequenced. The characteristic of the sequences and the genetic dista nce were compared between Bulbophyllum odoratissimum and Dendrobium, Dendrobium interspecies, and different populations. Phylogenetic trees were constructed using the NJ method by the biology softwares including BioEd it, MEGA4.0 etc. The ma in results as follows: (1) It was built up that the database of rDNA ITS sequences of 17 species of Herba Dendrobii (32 materia ls). The ITS1 was 228~234 bp, the GC content accounting for 45.7%~53.0%. Its variable sites were 167, accounting for 67.34%. The Parsim-Informative positions were 106, accounting for 42.74%. The ITS2 was 241~247 bp, the GC accounting for 44.8%~55.7%. The variable sites were 165, accounting for 66.27%. The Parsim-Informative positions were 115, accounting for 46.18%. (2) The database of the chloroplast matK gene sequences was built up, which contained 12 species of Herba Dendrobii (22 materia ls). The matK gene sequences were about 1410bp in length. There were 51 variable sites and 11 Parsim-Informative sites. And there were nucleotides insertions and deletions in some species , in addition to the nucleotides substitutions. (3) The rDNA ITS sequences were compared and analyzed by the biology softwares. The genetic dista nce between Bulbophyllum odoratissimum and Dendrobium was 0.295. The avera ge genetic dista nce was 0.142 between Dendrobium species, and there were 2~156 variable nucleotides. The avera ge genetic dista nce between different populations was 0.002, and there were 2~156 variable nucleotides. The genetic dista nce between Bulbophyllum odoratissimum and Dendrobium was greater tha n that of Denrobium interspecies. Meanwhile, the genetic dista nce between Denrobium species was also greater tha n that of different populations (variaties). (4) The characteristics of the chloroplast matK gene sequences were obtained after analyzing by the biology softwares. The minima l genetic dista nce was 0.027 between Bulbophyllum odoratissimum and Dendrobium . The ma xima l genetic dista nce was 0.014 between Dendrobium species, and there were 20 variable nucleotides. The minima l genetic dista nce between populations was 0.003, and there were 8 variable nucleotides.The genetic dista nce between populations was 0.001, and there were 1~5 variable nucleotides. (5) The molecular Phylogeny tree was constructed on the database of rDNA ITS the sequences of 17 species of Herba Dendrobii using the biology softwares. Then we authenticated 10 materia ls on molecular level. What’s more, they had been proved when these pla nts flowered. (6) The molecular Phylogeny tree was built up on the database of chloroplast matK gene sequences of 12 species of Herba Dendrobii with the biology softwares.Then 4 materia ls were authenticated on molecular level. Moreover, they had also been proved when these pla nts were in flower. (7) The Phylogenetic trees were separately constructed on the sequences of rDNA ITS and chloroplast matK gene B. odoratissimum and Dendrobium all could be distinguished on the Phylogenetic trees. Meanwhile, the Phylogenetic trees based on two groups of sequences were coincident. rDNA ITS and matK gene sequence could be used as molecular markers for authentication of Herba Dendrobii.

一株丝状真菌对半纤维素利用的初步研究

本文筛选出一株能利用木糖产乙醇的丝状真菌Z7，对其利用木糖和半纤维素水解产物产乙醇的发酵条件进行了研究，并对Z7 利用玉米芯产木聚糖酶的条件进行了优化。全文分为三部分： 第一部分：目标微生物筛选、纯化及系统发育分析。以木糖为唯一碳源，采用梯度稀释和平板化线法从高温、中温酒曲中分离到16 株能利用木糖良好生长的丝状真菌；通过发酵试验复筛，获得一株能产乙醇的丝状真菌Z7；综合形态学和ITS 序列分析，初步鉴定为Aspergillus flavus。 第二部分：Z7 的乙醇发酵条件研究。以木糖为碳源，通过单因素试验确定最佳氮源和发酵温度；通过正交试验及SPSS 软件分析得到了不同N、P、K 成分对乙醇、残糖和菌体干重的影响。获得最佳的发酵条件为：（g/L）木糖50，尿素1, NH4NO3 1, K2HPO4 2 , KCl 0.5 , MgSO4.7H2O 0.5 , NaNO3 1 , pH 自然，培养温度33 ℃。以玉米芯半纤维素稀酸水解液为底物进行乙醇发酵，根据稀酸水解的单糖释放量和乙醇产量，确定115 ℃，1 h 为最佳玉米芯预处理条件；结合最佳发酵条件，添加1 g/L 的吐温20 能获得最大的乙醇浓度8.31 g/L。因此，Aspergillus flavus Z7 能利用半纤维素水解产物产乙醇，其中木糖的利用率80%以上。 第三部分：Z7 利用玉米芯产木聚糖酶条件优化。Aspergillus flavus Z7 在具有产乙醇能力的同时还具有产木聚糖酶的能力。本文通过单因素和正交试验得到最佳产酶培养基组分为：(g/L)玉米芯20，尿素2, 酵母膏2.5, K2HPO4 5，NaNO31, MgSO4.7H2O 1。单因素试验表明，用纱布代替塑料布密封摇瓶封口能显著提高产酶量；Z7 在碱性条件下具有更强的产酶性能。在最优条件下发酵，能产生最大木聚糖酶活122.23IU/mL。通过薄层分析，验证了Z7 产生的木聚糖酶具有水解木聚糖生成木糖及木寡糖的能力。 A strain of filamentous fungus which can produce ethanol by using the xylose was isolated in this research. The ethanol fermention conditions from xylose and dilute-acid hydrolyzate of the corn core were studied. The conditions of xylanase production by Z7 were also optimized. The paper involved three parts. Part1: Isolation, purification and phylogenetic analysis of the microbe. By using xylose as the single carbon source and the pla te streaking method, several filamentous fungi were isolated from the wine starter; through the fermentation test, a filamentous fungus Z7 which can produce ethanol was further recognized; furthermore, according to the morphologic observation and ITS seque nces analysis, Z7 was identified as Aspergillus flavus at the first step. Part2: Research on the condition of ethanol fermentation by Z7. By single factor experiment, the optional nitrogen resource and temperature of the fermentation were fixed; meanwhile, through the orthogonal array tests and the analysis of statistic software SPSS, the optional component of the culture medium and the fermentation condition were organized as follows: (g/L) xylose 50, urea 1, NH4NO3 1, K2HPO4 2, KCl 0.5 , MgSO4.7H2O 0.5, NaNO31, pH nature, temperature 33℃. Based on these optimal parameters, the fermentation of dilute-acid hydrolyzate of the corn core was carried on by Z7. According to the quantities of released sugar monomers and content of the ethanol, 115℃ in 1h is the best pretreatment condition; the maximal ethanol content can be obtained when 1g/L Tween 20 was added to. Therefore, the filamentous fungus Aspergillus flavus can use the hydrolysate of hemicellulose to produce ethanol, and the rate of xylose utilization was over 80%. Part3: Optimization of Z7’s xylanase producing condition from corn core. Aspergillus flavus Z7, which can utilize xylose or the hydrolysate of hemicellulose to produce ethanol, also had the ability of xylanase production. The optional component of the culture medium were fixed by the single factor experiment and the orthogonal array tests, and they were organized as follows: (g/L) corn core 20, Urea 2, Yeast extract 2.5, K2HPO4 5, NaNO31, MgSO4.7H2O 1; it was testified by the single factor experiment that sealing the shaking flasks with pledget other than plastic paper can obviously increase the xylanase activity; moreover, Z7 showed better xylanase production ability when in the alkali environment. Under the optional fermentation condition, the maximal xylanase activity 122.23IU/mL was proved. Through the analysis of thin- layer chromatography (TLC), the ability of xylanase from Z7, which can hydrolyze xylan to xylose monomer and oligomer, was vividly displayed.

Spatial variability in water quality and surface sediment diatom assemblages in a complex lake basin,lake of the woods,ontario,canada

Lake of the Woods (LOW) is an international waterbody spanning the Canadian provinces of Ontario and Manitoba, and the U.S. state of Minnesota. In recent years, there has been a perception that water quality has deteriorated in northern regions of the lake, with all increase in the frequency and intensity of toxin-producing cyanobacterial blooms. However, given the lack of long-term data these trends are difficult to verify. As a first step, we examine spatial and seasonal patterns in water quality in this highly complex lake on the Canadian Shield. Further, we examine surface sediment diatom assemblages across multiple sites to determine if they track within-take differences in environmental conditions. Our results show that there are significant spatial patterns in water quality in LOW. Principal Component Analysis divides the lake into three geographic zones based primarily on algal nutrients (i.e., total phosphorus, TP), with the highest concentrations at sites proximal to Rainy River. This variation is closely tracked by sedimentary diatom assemblages, with [TP] explaining 43% of the variation in diatom assemblages across sites. The close correlation between water quality and the surface sediment diatom record indicate that paleoecological models could be used to provide data on the relative importance of natural and anthropogenic sources of nutrients to the lake.