Ce travail a été soutenu principalement par le programme du doctorat Scholar de l&#39;Institut de technologie de critique et de sciences appliquées (ICTAS) à Virginia Tech, le Tech Graduate School Virginie pour soutenir le programme de nanotechnologie durable, et aussi le ministère américain de l&#39;Agriculture, le numéro de subvention NIFA 2010-65504-20429. Les auteurs remercient également les contributions de Rick Caudill, Stephen McCartney, et W. Travis Eglise à ce travail.

Une. Nanofibrillated Cellulose préparation 55 <ol><li> Configuration d&#39;un ballon de 3 litres à trois tubulures, avec 2 L d&#39;eau désionisée, d&#39;un agitateur suspendu, et la sonde de pH. </li><li> Ajouter la pâte kraft délignifiée, 88% de luminosité (20 g, 1% (p / v, par rapport au poids sec)), la 2,2,6,6-tétraméthylpipéridine 1-oxyle (TEMPO) (0,313 g, 0,1 mmol / g de cellulose) et le bromure de sodium (NaBr, 2,0 g, 1 mmol / g de cellulose) dans le ballon. <ol><li> Mélanger les fibres de pâte avec un agitateur suspendu jusqu&#39;à ce que la fibre est dispersée et aucun agrégat ne peut être vu dans la réaction. Remarque: La dispersion peut être facilitée en mélangeant la bouillie dans de l&#39;eau avant l&#39;addition de la pulpe à l&#39;ballon de 3 litres. </li></ol></li><li> Initier l&#39;oxydation par addition lente d&#39;une solution à 12% d&#39;hypochlorite de sodium (NaClO, 51,4 ml, 5 mmoles par g de cellulose) au mélange réactionnel. Remarque: Par souci de cohérence tout au long de la réaction, utiliser une pompe à seringue pour délivrer le NaClO avec un taux de 1,5 ml / min d&#39;injection. </li><li> Remplir une deuxième seringue wie hydroxyde de sodium (NaOH, 0,5 M) et du compteur manuellement la solution alcaline dans le flacon goutte à goutte pour maintenir le pH à 10 ± 0,2. </li><li> Surveiller l&#39;évolution du pH en fonction du temps et une fois que tous les groupes hydroxyles accessibles sur la cellulose sont oxydés, le pH n&#39;est plus à diminuer, et la réaction est terminée. </li><li> Ajouter excès EtOH à consommer restant NaClO. Environ 6 200 ml de EtOH preuve consommeront tout 100 mmol du NaClO originale. </li><li> Filtrer et laver la fibre oxydée avec de l&#39;eau purifiée pour éliminer les réactifs jusqu&#39;à pH est neutre. Utilisez une centrifugeuse à panier ou un dispositif de filtration comme un entonnoir Büchner pour récupérer la fibre. Stocker la fibre à 4 ° C jusqu&#39;à utilisation ultérieure. Remarque: Lors de la fin de l&#39;expérience, la fibre doit avoir une teneur en acide carboxylique, tel que déterminé par titrage conductimétrique, entre 1,0 et 1,5 mmol par gramme de fibres. Il devrait y avoir peu de différence dans l&#39;apparence de la fibre après l&#39;oxydation TEMPO. </li><li> Créer un 3% (p / v, par rapport au poids sec) de la suspension de pâte de TEMPO oxydé et mélanger dans un mélangeur jusqu&#39;à ce que la bouillie Warring devient visqueuse et les lames commencent à tourner dans l&#39;air à cause de la gélification de la suspension. Remarque: Des concentrations plus faibles ne fonctionnent pas aussi efficacement à la fibrillation cellulose. <ol><li> Diluer la suspension mélangée à 0,1% (p / v) et le mélange continuera jusqu&#39;à ce que la suspension devienne transparent. </li></ol></li></ol> 2. Dépôt couche par couche de film pour les expériences QCM-D <ol><li> Préparer les solutions aqueuses suivantes et ajuster chaque solution avec NaOH 0,1 M à un pH de 10,5: solution tampon aqueuse (eau et NaOH); 0,5% (p / v) de solution aqueuse de chlorure de diallyldiméthylammonium (PDDA); et 0,01% (p / v) de la lignine. Ajuster le pH de la suspension NFC à 0,1% et 8,0. Remarque: Le pH de ces expériences a été élevé, car il a déjà été démontré que la lignine absorbe dans un état ​​moins agrégé en pH alcalin 56. </li><li> Propreun cristal de quartz revêtu d&#39;or suivant les recommandations du fabricant en utilisant une solution de piranha de base [ATTENTION] (3:1 concentrée de NH 4 OH: H 2 O 2 à 60 ° C) pendant 10 min. <ol><li> Rincer les cristaux avec de l&#39;eau purifiée, brushing dans un courant de N2, et insérer immédiatement dans la cellule d&#39;écoulement à microbalance à cristal de quartz afin d&#39;éviter la contamination de l&#39;air. </li></ol></li><li> Passer le tampon à travers la cellule d&#39;écoulement pour obtenir une réponse de base du cristal résonnant est exposé à du liquide. <ol><li> Déposer une couche de PDDA sur le cristal de quartz par exposition du cristal de quartz pour la solution PDDA pendant 5 min. </li><li> Après 5 min revenir à la solution tampon. Remarque: Ce processus à l&#39;étape 2.3 crée une réponse à une seule couche, où la quantité de polymère déposée peut être déterminée sans l&#39;effet de la viscosité de la solution de polymère. </li><li> Répéter l&#39;adsorption des autres polymères dans l&#39;ordre suivant avec un tampon de rinse entre chaque étape: PDDA (+) (étape 2.3.1); lignine (-); PDDA (+); et NFC (-). Répétez les 4x cycle de déposer 16 couches au total de polymères et de nanoparticules. </li></ol></li></ol> 3. Couche par couche des dépôts de film pour l&#39;AFM et ellipsométrie expériences <ol><li> Coller un disque circulaire de mica sur une lame de microscope en verre à l&#39;aide d&#39;une colle époxy rapide. Après l&#39;adhésif durcit, attachez un morceau de ruban adhésif sur le disque de mica. Peler la bande loin causant la surface de mica pour cliver. <ol><li> Nettoyer une plaquette de silicium avec piranha acide [ATTENTION] (03:01 H 2 SO 4: H 2 O 2) pendant 20 min suivi d&#39;un rinçage importante dans l&#39;eau avant de la couche de dépôt. </li></ol></li><li> Avec les solutions préparées à 2,1, soit plonger le mica fraîchement clivé qui est attachée à une lame de verre ou une plaquette de silicium fraîchement nettoyées dans chaque solution en suivant la même séquence de protocole décrit dans 2.3.3. Remarque: Cette technique permettra de créer des couches de polymers sur chacune de ces surfaces qui peuvent être insérés dans l&#39;AFM ou ellipsomètre, respectivement. </li><li> Image Les couches déposées avec un microscope à force atomique. Utilisez le mode et consoles de contact intermittent avec 10 conseils rayon de silicium nm (printemps constante 42 N / m) lors de la collecte des images de l&#39;échantillon. Régler la taille de balayage de 2,5 x 2,5 um, point de scrutation en 512 et gain intégral de 10 pour recueillir des images d&#39;échantillons spécifiques. </li><li> Pour la mesure d&#39;épaisseur des couches avec AFM des films LbL secs, utilisez une pointe de pipette en plastique souple et cicatrice une ligne à travers la surface des films de LbL préparés sur la surface de mica. </li><li> films LBL de dépôt pour la mesure d&#39;ellipsométrie sur des plaquettes de silicium. Mesurer l&#39;épaisseur de la pellicule sèche avec un ellipsomètre à modulation de phase à une longueur d&#39;onde de 632,8 nm, en utilisant l&#39;angle multiple de mode de fréquence. Varier les angles entre 85 ° et 65 ° à 1 °. </li></ol> 4. Préparation de libre-debout LBL Film <ol><li> Couper un25,4 x 7,6 mm rectangle d&#39;acétate de cellulose (CA) film (DS 2,5) qui est de 0,13 mm d&#39;épaisseur et le joindre à bras de pelle automatisé. Remarque: l&#39;acétate de cellulose de DS 3.0 n&#39;est pas soluble dans l&#39;acétone afin DS 2.5 est préférable de récupérer les films en couches. </li><li> Remplir chaque bécher de 500 ml avec des solutions de PDDA, la lignine, et nanocellulose selon la concentration et le pH dans l&#39;étape 2.1. <ol><li> Remplir trois béchers supplémentaires avec un tampon aqueux à utiliser comme solution de rinçage pour chaque cycle de dépôt. </li><li> Programmer le bras de pelle de procéder dans la même séquence comme indiqué au paragraphe 2.3.3. Remarque: il est important d&#39;utiliser une autre solution de rinçage après chaque solution de polymère respectif à cause dans le processus couche par couche, un peu de polymère qui n&#39;est pas étroitement lié à la surface se désorber. La contamination croisée des solutions de rinçage provoque rapidement la précipitation des complexes de polyélectrolytes, qui peuvent adsorber comme «défauts» à la surface du film. </li></ol></li><li> Changer les solutions dans lebécher pendant 250 cycles périodiquement car ils commencent à apparaître nuageux cause de complexes colloïdaux. Une option est d&#39;automatiser le renouvellement de la solution en utilisant une pompe péristaltique pour offrir une solution fraîche ou un tampon de chlorure de polyvinyle (PVC) des récipients faits sur mesure avec des entrées et des sorties. Remarque: les solutions agitées dans les conteneurs aider à améliorer la diffusion des polyélectrolytes à la surface. </li><li> Couper soigneusement les bords de l&#39;échantillon séché avec des ciseaux exposant le bord CA et la placer dans un boîte de Pétri en verre couverte rempli avec de l&#39;acétone pour dissoudre le CA. Remarque: deux films sont isolés après cette expérience à partir de la face avant et face arrière de l&#39;autorité de certification. </li><li> Faire tremper films isolés dans de l&#39;acétone pendant 24 heures et rincer à plusieurs reprises avec de l&#39;acétone films de maximiser l&#39;élimination de CA résiduelle. </li></ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

Fabrication de nanocellulose Pour nanocellulose fabrication réussie de l&#39;oxydation de la fibre de pâte est nécessaire pour la fibrillation facile. L&#39;oxydation est contrôlée par la disposition de l&#39;hypochlorite de sodium, qui doit être ajouté lentement à des quantités connues sur la base de la quantité de cellulose. Une raison de l&#39;oxydation limitée résulte de la conservation de la solution d&#39;hypochlorite de sodium pendant des périodes prolongées. Cette efficaci...

Il ya un grand intérêt à tirer des produits chimiques et des carburants supplémentaires à partir de biomasse, le carbone séquestré par les plantes lors de la photosynthèse est le cadre du cycle actuel de CO 2. La majorité de carbone séquestré (42-44%) est sous la forme de cellulose, un polymère composé de motifs glucopyranose β 1-4-liés; lorsqu&#39;il est hydrolyse, le glucose peut être utilisé comme réactif pour la fermentation primaire dans les carburants à base d&#39;alcool. Cependant, l&#39;architecture de la paroi cellulaire des plantes ligneuses a évolué depuis des millénaires créant un matériau qui est résistant à la dégradation dans l&#39;environnement naturel 1. Cette stabilité se reporte sur la transformation industrielle des matières ligneuses telles que les cultures énergétiques faisant cellulose difficiles d&#39;accès, d&#39;isoler et répartition en glucose. Un examen plus approfondi de l&#39;ultrastructure de la paroi cellulaire secondaire révèle qu&#39;il s&#39;agit d&#39;un nanocomposite polymère, composé de couches de microfibrilles de cellulose paracristalline noyées dans une matrice amorphe de la lignine et de l&#39;ourleticelluloses 2-4. Les microfibrilles de cellulose orientées longitudinalement ont un diamètre d&#39;environ 2-5 nm, qui sont agrégées avec d&#39;autres hétéro-polysaccharides pour former des unités plus grandes de faisceaux de fibrilles 5. Les faisceaux de fibrilles sont noyés dans un complexe lignine-hémicellulose composée d&#39;un polymère amorphe d&#39;unités de phénylpropanol avec certains liens avec d&#39;autres hétéro-polysaccharides tels que glucoronoxylan 4. De plus, cette structure est en outre organisé en couches, ou des lamelles, tout au long de la paroi cellulaire secondaire lignifiée 6-8. Des enzymes, des cellulases, comme ont beaucoup de mal à accéder cellulose dans la paroi cellulaire car il se trouve dans sa forme de fibrilles et intégré dans la lignine. Le point crucial de vraiment rendre les combustibles d&#39;origine biologique et des plateformes de produits chimiques renouvelables une réalité est de développer des procédés qui permettent économiquement la saccharification de la cellulose dans sa forme native. Les nouvelles technologies chimiques et d&#39;imagerie sont complices dans la mudy des mécanismes impliqués dans la saccharification de la cellulose 9,10. De nombreux travaux ont porté sur Raman confocale d&#39;imagerie 11 et 12 microscopie à force atomique pour étudier la composition chimique de la paroi cellulaire et de la morphologie. Être en mesure de suivre de près les mécanismes de délignification et de saccharification est un important pas en avant, un impact sur la conversion de la cellulose en glucose. Saccharification du modèle surfaces de cellulose a été analysée en mesurant les taux cinétiques enzymatiques avec une microbalance à cristal de quartz avec une surveillance de dissipation (QCM-D) 13. Cependant, les parois des cellules natives sont très complexes, comme indiqué ci-dessus, ce qui crée une ambiguïté de la façon dont différents procédés de conversion modifient la structure de la paroi cellulaire végétale (de poids moléculaire du polymère, des liaisons chimiques, la porosité). Modèles monoblocs des substances de la paroi cellulaire de composition structurelle connue serait répondre à cette préoccupation et permettre l&#39;intégration des échantillons dans chimiques et imagination état de l&#39;artéquipement de ng. Il existe un manque de modèles de la paroi cellulaire et les rares disponibles peuvent être classés comme des mélanges de matériaux polymères et de la cellulose ou de la cellulose bactérienne 14, des composites polymérisés par voie enzymatique de la lignine-polysaccharide, 15 à 17 ou des surfaces modèles 18-21 régénéré. Certains modèles qui commencent à ressembler à la paroi cellulaire sont les échantillons qui contiennent des précurseurs ou des analogues polymérisés par voie enzymatique en présence de cellulose dans sa forme microfibrillaire lignine. Cependant, ces matériaux souffrent d&#39;un manque de l&#39;architecture de la couche organisé. Un moyen simple pour la création de matériaux nanocomposites à l&#39;architecture organisée est le (LBL) technique couche par couche de l&#39;assemblage, sur la base de l&#39;adsorption séquentielle des polymères ou des nanoparticules avec des charges complémentaires ou des groupes fonctionnels pour former organisés films composites multicouches de 22 à 25. Autoportants nanocomposites hybrides de haute résistance, faites par LbL dépôt de polymère et nanoparticles, ont été rapportés par Kotov et al. 26-30. Parmi de nombreuses autres applications, films LbL ont également été étudiés pour leur utilisation potentielle dans la livraison thérapeutique 31, les membranes de piles à combustible 32,33, 34 batteries, et lignocellulosique surface de la fibre modification 35-37. Matériaux composites L&#39;intérêt récent dans l&#39;échelle nanométrique à base de cellulose ont conduit à la préparation et la caractérisation de multicouches LbL de nanocristaux de cellulose (CNC) préparés par hydrolyse à l&#39;acide sulfurique de fibres de cellulose, et des polyélectrolytes chargés positivement 38-43. Des études similaires ont également été menées avec des nanocristaux de cellulose issues de tunicin marine et polyélectrolytes cationiques 44, CNC et xyloglucan 45 et CNC et le chitosane 46. LbL formation multicouche de celluloses carboxylées nanofibrillated (SNF), obtenus par homogénéisation à haute pression des fibres de pâte avec des polyélectrolytes cationiques est égalementétudié 47-49. La préparation, les propriétés, et l&#39;application de CNC et de la cellulose nanofibrillated ont été examinés en détail 50-53. La présente étude porte sur l&#39;examen de la technique couche par couche comme un moyen potentiel pour assembler des polymères lignocellulosiques isolés (comme la nanocellulose et lignine) de façon ordonnée comme la première étape vers un composite lignocellulosique biomimétique à structure lamellaire. La technique par couche a été choisi pour ses conditions de traitement bénignes telles que, température ambiante, pression, et de l&#39;eau en tant que solvant, qui sont des conditions de formation composite naturel 54. Dans cette étude, nous rapportons sur le multicouche accumulation de composants de bois constitutifs, à savoir la cellulose microfibrilles de la tétraméthylpipéridine 1-oxyle (TEMPO) de l&#39;oxydation médiée par de la pâte et de la lignine isolée dans les films lamellaires autonomes. Deux lignines différentes sont utilisées de différentes techniques d&#39;extraction, l&#39;un lignine technique de l&#39;organosolv processus de mise en pâte, et l&#39;autre une lignine isolée de broyage à boulets avec moins de modification lors de l&#39;isolement. Ces composés sont combinés avec un polyélectrolyte synthétique dans cette première étude à démontrer la faisabilité de faire des films autoportants stables avec une architecture similaire à la paroi cellulaire d&#39;origine.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="699">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">sulfate pulp</td>
			<td style="width:108px;">Weyerhaeuser&#160;</td>
			<td style="width:119px;">donated</td>
			<td style="width:215px;">brightness level of 88%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">organosolv lignin</td>
			<td style="width:108px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">371017</td>
			<td>discontinued</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:257px;">hardwood milled wood lignin</td>
			<td style="width:108px;">see reference in paper</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">polydiallyldimethylammonium chloride&#160;</td>
			<td style="width:108px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">409022</td>
			<td style="width:215px;">Mn = 7.2&#215;10^4, Mw=2.4&#215;10^5</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO)&#160;</td>
			<td style="width:108px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">214000</td>
			<td>catalytic oxidation of primary alcohols to aldehydes with a purity of 98%, molecular weight is 156.25g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">sodium bromide</td>
			<td style="width:108px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S4547</td>
			<td>purity &#8805;99.0%, molecular weight 102.89</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">sodium hypochlorite</td>
			<td style="width:108px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">425044</td>
			<td>reagent grade, available chlorine 10~15%, molecular weight 74.44g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">sodium hydroxide</td>
			<td style="width:108px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">BDH7221-4</td>
			<td>0.5N aqueous solution, density 1.02g/ml, molecular weight 40 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">sodium hydroxide</td>
			<td style="width:108px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:119px;">AC12419-0010</td>
			<td>0.1N aquesous solution, specific gravity 1.0 g/ml, molecular weight 40 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">ammonium hydroxide</td>
			<td style="width:108px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:119px;">AC39003-0025</td>
			<td>25% solution in water, pH 13.6, density 0.89, molecular weight 35.04 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">hydrogen peroxide</td>
			<td style="width:108px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">H325-100</td>
			<td>30.0~32.0% certified ACS, pH 3.3, density 1.11</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">Mica sheets</td>
			<td style="width:108px;">TED Pella</td>
			<td style="width:119px;">NC9655733</td>
			<td>Pelco, grade V5, 10&#215;40mm, 23mm T, minimum air and bubbles, very clean</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">sulfuric acid</td>
			<td style="width:108px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">A300-212</td>
			<td>95.0~98.0 w/w%, certified ACS plus, molecular weight 98.08 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">cellulose acetate</td>
			<td style="width:108px;">McMaster Carr</td>
			<td style="width:119px;">8564K44</td>
			<td>degree of substitution 2.5</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:257px;">ethanol</td>
			<td style="width:108px;">Decon Laboratories</td>
			<td style="width:119px;">04-355-223</td>
			<td>200 proof (100%), USP</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">acetone</td>
			<td style="width:108px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">A18-4</td>
			<td>purity &#8805;99.5%, certified ACS reagent grade, density 0.79 g/ml, molecular weight 58.08 g/mol</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:257px;">syringy pump</td>
			<td style="width:108px;">Harvard Apparatus</td>
			<td style="width:119px;">552226</td>
			<td>pump 22 infusion/withdraw with standard syringe holder, flow rate 0.002 ul/h~55.1ml/min</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">Mill-Q water purification system</td>
			<td style="width:108px;">EMD Millipore</td>
			<td style="width:119px;">D3-UV</td>
			<td>Direct-Q, UV, water conductivity 18.5 M&#937; cm with 20 liter reservair</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">pH meter</td>
			<td style="width:108px;">Mettler Toledo</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:215px;">SeverMulti</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">balance</td>
			<td style="width:108px;">Mettler Toledo</td>
			<td style="width:119px;">AB135-S</td>
			<td>accuracy 0.1mg</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:257px;">atomic force microscope</td>
			<td style="width:108px;">Asylum Research</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>MFP-3D, Olympic fluorescent microscope stage</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:257px;">ellipsometer</td>
			<td style="width:108px;">Beaglehole Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">fiber centrifuge</td>
			<td style="width:108px;">unknown</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>basket style centrifuge</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">Warring blender</td>
			<td style="width:108px;">Warring</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Commercial</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">ultrasonic processor</td>
			<td style="width:108px;">Sonics</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Sonics 750W, sound enclosure</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:257px;">Quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D)</td>
			<td style="width:108px;">Q-Sense Inc.&#160;</td>
			<td style="width:119px;">E4</td>
			<td>measure fundamental frequency of 5MHz, and monitor odd number overtones/harmonics from 3~13, use gold-coated piezoelectric quartz crystals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:257px;">automatted dipper arm</td>
			<td style="width:108px;">Lynxmotion</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

towards biomimicking wood: fabricated free-standing films of nanocellulose, lignin, and a synthetic polycation

Matières ligneuses se composent de parois de cellules végétales qui contiennent une paroi cellulaire secondaire en couches composée de polymères de polysaccharides de structure et de la lignine. Couche-par-couche (LBL) processus d&#39;assemblage qui repose sur l&#39;assemblage de molécules de charge opposée à partir de solutions aqueuses a été utilisé pour construire un film composite autonome de polymères isolées de bois de la lignine et de cellulose oxydée nanofibrilles (NFC). Pour faciliter le montage de ces polymères chargés négativement, un polyélectrolyte chargé positivement, le poly (chlorure de diallyldimethylammomium) (PDDA), a été utilisé comme une couche de liaison pour créer cette paroi cellulaire simplifié du modèle. Le procédé d&#39;adsorption en couches a été étudiée quantitativement en utilisant une microbalance à cristal de quartz avec une surveillance de dissipation (QCM-D) et l&#39;ellipsométrie. Les résultats ont montré que la couche de masse / épaisseur par couche adsorbée augmente en fonction du nombre total de couches. La couverture de la surface des couches adsorbées a été étudiée avec la microscopie à force atomique (AFM).Une couverture complète de la surface avec de la lignine dans tous les cycles de dépôt n&#39;a été trouvée pour le système, cependant, la couverture de surface par NFC augmente avec le nombre de couches. Le processus d&#39;adsorption a été réalisée pendant 250 cycles (500) bicouches sur un acétate de cellulose (CA) de substrat. Transparent LBL assemblé films nanocomposites autonomes ont été obtenus lorsque le substrat de CA a été plus tard dissous dans l&#39;acétone. La microscopie électronique à balayage (MEB) des sections fracturées a montré une structure lamellaire, et l&#39;épaisseur de chaque cycle d&#39;adsorption (PDDA-lignine-PDDA-NC) a été estimée à 17 nm pour les deux types de lignine différents utilisés dans l&#39;étude. Les données indiquent un film avec une architecture hautement contrôlé où nanocellulose et de la lignine sont déposés dans l&#39;espace à l&#39;échelle nanométrique (un des nanocomposites polymère-polymère), similaire à ce qui est observé dans la paroi de la cellule native.

QCM-D Analyse des structuré Fabrication Woody film polymère L&#39;adsorption LbL de la lignine, NFC et PDDA a été suivie en temps réel avec QCM-D dans deux expériences différentes impliquant deux types de lignines. Cette méthode d&#39;analyse est très sensible pour détecter les changements dans la fréquence lorsque les molécules sont adsorbées à la surface du cristal de quartz La figure 1 contient une description détaillée de la réponse QCM-D dans un cycle de d...

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Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

L&#39;objectif de cette recherche était de former des tissus de la paroi cellulaire végétale synthétique utilisant assemblage couche par couche de fibrilles de nanocellulose et lignine isolé assemblé à partir de suspensions aqueuses diluées. les techniques de mesure de surface de microbalance à cristal de quartz et la microscopie à force atomique ont été utilisés pour contrôler la formation du matériau nanocomposite polymère-polymère.

Vers Biomimicking Bois: Films Fabrication libre-debout de nanocellulose, lignine, et un polycation synthétique

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

16.4K vues.  Virginia Tech.  L'objectif de cette recherche était de former des tissus de la paroi cellulaire végétale synthétique utilisant assemblage couche par couche de fibrilles de nanocellulose et lignine isolé assemblé à partir de suspensions aqueuses diluées. les techniques de mesure de surface de microbalance à cristal de quartz et la microscopie à force atomique ont été utilisés pour contrôler la formation du matériau nanocomposite polymère-polymère. 

Vidéo: Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

A Technique to Functionalize and Self-assemble Macroscopic Nanoparticle-ligand Monolayer Films onto Template-free Substrates

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and scalable technique efficiently functionalizes metallic nanoparticles with thiol-ligands in a miscible water/organic solvent mixture allowing for rapid grafting of thiol groups onto the gold nanoparticle surface. The hydrophobic ligands on the nanoparticles then quickly phase separate the nanoparticles from the aqueous based suspension and confine them to the air-fluid interface. This drives the ligand-capped nanoparticles to form monolayer domains at the air-fluid interface.&#160; The use of water-miscible organic solvents is important as it enables the transport of the nanoparticles from the interface onto template-free substrates.&#160; The flow is mediated by a surface tension gradient3,4 and creates macroscopic, high-density, monolayer nanoparticle-ligand films.&#160; This self-assembly technique may be generalized to include the use of particles of different compositions, size, and shape and may lead to an efficient assembly method to produce low-cost, macroscopic, high-density, monolayer nanoparticle films for wide-spread applications.

A simple, robust and scalable technique to functionalize and self-assemble macroscopic nanoparticle-ligand monolayer films onto template-free substrates is described in this protocol.

Une technique pour fonctionnaliser et auto-assemblage de nanoparticules macroscopiques-ligand monocouches Films sur substrats libre-modèle

This protocol describes a self-assembly technique to create macroscopic monolayer films composed of ligand-coated nanoparticles1,2. The simple, robust and ...

Recherche

Chimie

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain such surfaces are described. The first approach is the preparation of single terminated perovskite SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates. Wet etching was used to selectively remove one of the two possible surface terminations, while an annealing step was used to increase the smoothness of the surface. The resulting single terminated surfaces allow for the heteroepitaxial growth of perovskite oxide thin films with high crystalline quality and well-defined interfaces between substrate and film. In the second approach, seed layers for epitaxial film growth on arbitrary substrates were created by Langmuir-Blodgett (LB) deposition of nanosheets. As model system Ca2Nb3O10- nanosheets were used, prepared by delamination of their layered parent compound HCa2Nb3O10. A key advantage of creating seed layers with nanosheets is that relatively expensive and size-limited single crystalline substrates can be replaced by virtually any substrate material.

Various procedures are outlined to prepare atomically defined templates for epitaxial growth of complex oxide thin films. Chemical treatments of single crystalline SrTiO3 (001) and DyScO3 (110) substrates were performed to obtain atomically smooth, single terminated surfaces. Ca2 Nb3 O10- nanosheets were used to create atomically defined templates on arbitrary substrates.

Modèles atomique définies pour croissance épitaxiale d&#39;oxyde complexe couches minces

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Fabrication of Large-area Free-standing Ultrathin Polymer Films

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films. Typically, ultrathin films are prepared using either sacrificial layers, which may damage the film or affect its mechanical properties, or they are made on freshly cleaved mica, a substrate that is difficult to scale. Further, the size of ultrathin film is typically limited to a few square millimeters. In this method, we modify a surface with a polyelectrolyte that alters the strength of adhesion between polymer and deposition substrate. The polyelectrolyte can be shown to remain on the wafer using spectroscopy, and a treated wafer can be used to produce multiple films, indicating that at best minimal amounts of the polyelectrolyte are added to the film. The process has thus far been shown to be limited in scalability only by the size of the coating equipment, and is expected to be readily scalable to industrial processes. In this study, the protocol for making the solutions, preparing the deposition surface, and producing the films is described.

We describe a method for the fabrication of large-area (up to 13 cm diameter) and ultrathin (as thin as 8 nm) polymer films. Instead of using a sacrificial interlayer to delaminate the film from its substrate, we use a self-limiting surface treatment suitable for arbitrarily large areas.

Fabrication de grande Zone de libre-debout ultraminces films polymères

This procedure describes a method for the fabrication of large-area and ultrathin free-standing polymer films.  Typically, ultrathin films are prepared ...

From Constructs to Crystals &#8211; Towards Structure Determination of &#946;-barrel Outer Membrane Proteins

Membrane proteins serve important functions in cells such as nutrient transport, motility, signaling, survival and virulence, yet constitute only ~1% percent of known structures. There are two types of membrane proteins, &#945;-helical and &#946;-barrel. While &#945;-helical membrane proteins can be found in nearly all cellular membranes, &#946;-barrel membrane proteins can only be found in the outer membranes of mitochondria, chloroplasts, and Gram-negative bacteria. One common bottleneck in structural studies of membrane proteins in general is getting enough pure sample for analysis. In hopes of assisting those interested in solving the structure of their favorite &#946;-barrel outer membrane protein (OMP), general protocols are presented for the production of target &#946;-barrel OMPs at levels useful for structure determination by either X-ray crystallography and/or NMR spectroscopy. Here, we outline construct design for both native expression and for expression into inclusion bodies, purification using an affinity tag, and crystallization using detergent screening, bicelle, and lipidic cubic phase techniques. These protocols have been tested and found to work for most OMPs from Gram-negative bacteria; however, there are some targets, particularly for mitochondria and chloroplasts that may require other methods for expression and purification. As such, the methods here should be applicable for most projects that involve OMPs from Gram-negative bacteria, yet the expression levels and amount of purified sample will vary depending on the target OMP.

From Constructs to Crystals &amp;#8211; Towards Structure Determination of &amp;#946;-barrel Outer Membrane Proteins

&#946;-barrel outer membrane proteins (OMPs) serve many functions within the outer membranes of Gram-negative bacteria, mitochondria, and chloroplasts. Here, we hope to alleviate a known bottleneck in structural studies by presenting protocols for the production of &#946;-barrel OMPs in sufficient quantities for structure determination by X-ray crystallography or NMR spectroscopy.

De Constructs à cristaux - Vers Structure Détermination de β-cylindre externe protéines membranaires

Membrane proteins serve important functions in cells such as nutrient transport, motility, signaling, survival and virulence, yet constitute only ~1% ...

Highly Stable, Functional Hairy Nanoparticles and Biopolymers from Wood Fibers: Towards Sustainable Nanotechnology

Nanoparticles, as one of the key materials in nanotechnology and nanomedicine, have gained significant importance during the past decade. While metal-based nanoparticles are associated with synthetic and environmental hassles, cellulose introduces a green, sustainable alternative for nanoparticle synthesis. Here, we present the chemical synthesis and separation procedures to produce new classes of hairy nanoparticles (bearing both amorphous and crystalline regions) and biopolymers based on wood fibers. Through periodate oxidation of soft wood pulp, the glucose ring of cellulose is opened at the C2-C3 bond to form 2,3-dialdehyde groups. Further heating of the partially oxidized fibers (e.g., T = 80 &#176;C) results in three products, namely fibrous oxidized cellulose, sterically stabilized nanocrystalline cellulose (SNCC), and dissolved dialdehyde modified cellulose (DAMC), which are well separated by intermittent centrifugation and co-solvent addition. The partially oxidized fibers (without heating) were used as a highly reactive intermediate to react with chlorite for converting almost all aldehyde to carboxyl groups. Co-solvent precipitation and centrifugation resulted in electrosterically stabilized nanocrystalline cellulose (ENCC) and dicarboxylated cellulose (DCC). The aldehyde content of SNCC and consequently surface charge of ENCC (carboxyl content) were precisely controlled by controlling the periodate oxidation reaction time, resulting in highly stable nanoparticles bearing more than 7 mmol functional groups per gram of nanoparticles (e.g., as compared to conventional NCC bearing &#60;&#60; 1 mmol functional group/g). Atomic force microscopy (AFM), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM) attested to the rod-like morphology. Conductometric titration, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), nuclear magnetic resonance (NMR), dynamic light scattering (DLS), electrokinetic-sonic-amplitude (ESA) and acoustic attenuation spectroscopy shed light on the superior properties of these nanomaterials.

Synthesis schemes to prepare highly stable wood fiber-based hairy nanoparticles and functional cellulose-based biopolymers have been detailed.

Très stable, fonctionnelle Hairy Nanoparticules et biopolymères à partir de fibres de bois: Vers la nanotechnologie durable

Nanoparticles, as one of the key materials in nanotechnology and nanomedicine, have gained significant importance during the past decade. While ...

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.

Réactif de Vapor Deposition de Films polymères conjugués sur substrats arbitraires

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. ...

Gene-therapy Inspired Polycation Coating for Protection of DNA Origami Nanostructures

DNA origami nanostructures hold an immense potential to be used for biological and medical applications. However, low-salt conditions and nucleases in physiological fluids induce denaturation and degradation of self-assembled DNA nanostructures. In non-viral gene delivery, enzymatic degradation of DNA is overcome by the encapsulation of the negatively charged DNA in a cationic shell. Herein, inspired by gene delivery advancements, a simple, one-step and robust methodology is presented for the stabilization of DNA origami nanostructures by coating them with chitosan and linear polyethyleneimine. The polycation coating efficiently protects DNA origami nanostructures in Mg-depleted and nuclease-rich media. This method also preserves the full addressability of enzyme- and aptamer-based functionalization of DNA nanostructures.

Here, a protocol for the protection of DNA origami nanostructures in Mg-depleted and nuclease-rich media using natural cationic polysaccharide chitosan and synthetic linear polyethyleneimine (LPEI) coatings is presented.

Thérapie génique inspiré Polycation enduit pour la Protection de l’ADN Origami Nanostructures

DNA origami nanostructures hold an immense potential to be used for biological and medical applications. However, low-salt conditions and nucleases in ...

Niobium Oxide Films Deposited by Reactive Sputtering: Effect of Oxygen Flow Rate

Reactive sputtering is a versatile technique used to form compact films with excellent homogeneity. In addition, it allows easy control over deposition parameters such as gas flow rate that results in changes on composition and thus in the film required properties. In this report, reactive sputtering is used to deposit niobium oxide films. A niobium target is used as metal source and different oxygen flow rates to deposit niobium oxide films. The oxygen flow rate was changed from 3 to 10 sccm. The films deposited under low oxygen flow rates show higher electrical conductivity and provide better perovskite solar cells when used as electron transport layer.

Here, we present a protocol for niobium oxide films deposition by reactive sputtering with different oxygen flow rates for use as an electron transport layer in perovskite solar cells.

Films d'oxyde de niobium déposés par Reactive Sputtering: Effect of Oxygen Flow Rate

Reactive sputtering is a versatile technique used to form compact films with excellent homogeneity. In addition, it allows easy control over deposition ...

Applying Dynamic Strain on Thin Oxide Films Immobilized on a Pseudoelastic Nickel-Titanium Alloy

Direct alteration of material structure/function through strain is a growing area of research that has allowed for novel properties of materials to emerge. Tuning material structure can be achieved by controlling an external force imposed on materials and inducing stress-strain responses (i.e., applying dynamic strain). Electroactive thin films are typically deposited on shape or volume tunable elastic substrates, where mechanical loading (i.e., compression or tension) can affect film structure and function through imposed strain. Here, we summarize methods for straining n-type doped titanium dioxide (TiO2) films prepared by a thermal treatment of a pseudo-elastic nickel-titanium alloy (Nitinol). The main purpose of the described methods is to study how strain affects electrocatalytic activities of metal oxide, specifically hydrogen evolution and oxygen evolution reactions. The same system can be adapted to study the effect of strain more broadly. Strain engineering can be applied for optimization of a material function, as well as for design of adjustable, multifunctional (photo)electrocatalytic materials under external stress control.

Dynamic, tensile strain is applied on TiO2 thin films to study the effects of strain on electrocatalysis, specifically proton reduction and water oxidation. TiO2 films are prepared by thermal treatment of the pseudo-elastic NiTi alloy (Nitinol).

Application d’une contrainte dynamique sur les films à oxyde mince immobilisés sur un alliage pseudoélastique nickel-titane

Direct alteration of material structure/function through strain is a growing area of research that has allowed for novel properties of materials to ...

Designed for Molecular Recycling: A Lignin-Derived Semi-aromatic Biobased Polymer

The development of chemically recyclable biopolymers offers opportunities within the pursuit of a circular economy. Chemically recyclable biopolymers make a positive effort to solve the issue of polymer materials in the disposal phase after the use phase. In this paper, the production of biobased semi-aromatic polyesters, which can be extracted entirely from biomass such as lignin, is described and visualized. The polymer poly-S described in this paper has thermal properties similar to certain commonly used plastics, such as PET. We developed a Green Knoevenagel reaction, which can efficiently produce monomers from aromatic aldehydes and malonic acid. This reaction has been proven to be scalable and has a remarkably low calculated E-factor. These polyesters with ligno-phytochemicals as a starting point show an efficient molecular recycling with minimal losses. The polyester poly(dihydrosinapinic acid) (poly-S) is presented as an example of these semi-aromatic polyesters, and the polymerization, depolymerization, and re-polymerization are described.

An example of a closed-loop approach towards a circular materials economy is described here. A whole sustainable cycle is presented where biobased semi-aromatic polyesters are designed by polymerization, depolymerization, and then re-polymerized with only slight changes in their yields or final properties.

Conçu pour le recyclage moléculaire : un polymère biosourcé semi-aromatique dérivé de la lignine

The development of chemically recyclable biopolymers offers opportunities within the pursuit of a circular economy. Chemically recyclable biopolymers make ...