Financial support from an Industrial Research Chair funded by FPInnovations and NSERC for a NSERC Discovery grant and from the NSERC Innovative Green Wood Fiber Products Network are acknowledged.

주의 :을 만지기 전에 모든 화학 물질의 물질 안전 보건 자료 (MSDS)를 참조하십시오. 이 연구에서 사용 된 화학 물질의 대부분은 심각한 건강 피해의 원인이 될 수 있습니다. 이러한 실험실 코트, 장갑, 고글 등의 개인 보호를 사용하는 것은 필수입니다. 안전이 최우선임을 잊지 마십시오. 합성에서 사용되는 물은 증류수된다. 중간체로서 부분적으로 산화 섬유의 제조 1 <ol><li> 약 2 × 2cm 2의 작은 조각으로 4g Q-90 침엽수 펄프 시트를 눈물. </li><li> 적어도 하루 동안 물에 조각난 펄프 시트를 담근다. </li><li> 거의 균일 한 분산을 달성하기 위해 기계식 분쇄기를 이용하여 습식 분해 펄프. </li><li> 진공 필터를 조립하는, 흐너 깔때기 나일론 필터를 확보 필터 플라스크 깔때기를 배치했다. 다음으로, 적절한 배관을 이용하여 진공 펌프 필터 플라스크를 연결한다. 펌프를 켜고 FUNN에서 분해 된 펄프 용액을 부어엘은 액체에서 펄프를 분리합니다. </li><li> 젖은 펄프 (m 1)의 무게를 측정하고 펄프에 의해 흡수 된 물의 양 계산 : w m, 1 = m 1-4을. </li><li> 요오드 산화제 용액의 제조 <ol><li> SNCC / DAMC 합성 : 별도로 w 200- m, 1 ㎖의 물에 2.64 g의 요오드 산 나트륨 (NaIO 4) 및 15.48 g의 염화나트륨 (염화나트륨)을 녹인다. </li><li> ENCC / DCC 합성 : 별도로 w 266- m, 1 ㎖의 물에 5.33 g의 요오드 산 나트륨 (NaIO 4) 15.6 g 염화나트륨 (염화나트륨)을 녹인다. </li></ol></li><li> 1.6에서 제조 된 솔루션을 별도로 젖은 펄프를 추가합니다. (펄프 플러스 추가 물에 의해 흡수) 물의 총량이 SNCC 200 mL 및 ENCC의 합성을위한 266 ml의 동일 있는지 확인합니다. </li><li> t의 원하는 시간 동안 RT에서 속도 ~ 105 rpm으로 교반하면서 요오 비활성화를 방지하기 위해 충분히 알루미늄 호일로 커버 비이커IME는 표 1에 따른 선호 알데히드 함량을 달성한다. 예를 들어, ~ 6.5 밀리몰 / g 알데히드를 수득 96 시간 동안 반응한다. </li><li> 반응 시간이 경과되면, 알루미늄 박을 열어서 혼합물에 에틸렌 글리콜 (ENCC / DCC 합성의 경우) 또는 3 ㎖ (SNCC / DAMC 합성의 경우) 1 mL를 추가하고 산화 막을 10 분 동안 교반 요오드를 급냉 반응. </li><li> 진공 여과 (1.4에 따름)에 의해 산화 된 펄프를 수집 500㎖의 물에 재 분산하고, 30 분 정도 교반한다. 요오드 철저히에서 펄프를 청소하기 위해 적어도 5 번이 단계를 반복합니다. </li><li> 산화 된 펄프의 5 번째 물 세척 후, 진공 여과에 의해 용액으로부터 펄프를 분리하고 감기 (4 °에 C) 장소에 보관하십시오. </li></ol> SNCC 및 DAMC 2. 합성 <ol><li> 사에 의해, 1.11에서 얻어진 부분적으로 산화 젖은 펄프 (m 1), 분할 : 평방 미터 = m 사분의 일,- 1 2, w m = m 2 : 흡수 물의 무게를 측정한다. </li><li> (- 2, w m 100) 둥근 바닥 플라스크에 g 물 (총 수분 함량 = 100 g)에 펄프를 분산. </li><li> 오일 욕의 둥근 바닥 플라스크에 넣고 부드럽게 교반하면서 6 시간 동안 80 ° C에서 부분적으로 산화 된 펄프를 가열한다. 주 : 펄프 완전히 요오드로 산화되면 (DS = 2), 즉, 3.87 g의 NaCl (8.64 mmol) 및 65 ml의 물로 6 교반을 포함하는 용액에 1.85 g NaIO 4 (8.65 밀리몰)을 1g 펄프 반응시켜 일, 물에 가열 조건 및 체류 시간에 따라 디 알데히드 셀룰로스 (DAC)의 속성 (표 2) 변경됩니다. </li><li> RT에 대한 해결책을 냉각. </li><li> 10 분 동안 18,500 × g으로 용액에서 원심 분리기. 침전물 unfibrillated 셀룰로오스 (분획 1)이다. </li><li> 조심스럽게 상층 액을 분리하고 (A)를 무게. </li><li> 1.7 (A)에 추가 g 프로판올SNCC 석출 교반하면서 2.6에서 얻어진 상청액이다. 분리 된 SNCC 및 추가 프로판올에 대한 자세한 사항은 그림 1에서 사용할 수 있습니다. </li><li> 10 분 동안 3,000 XG에서 이상성 솔루션을 원심 분리기 및 재 분산 및 추가의 정제 (4 절) 및 특성화 (섹션 5)에 대해 투석 할 준비가 경사에 의해 생성 된 겔 침전물을 (두 번째 부분, SNCC), 분리한다. </li><li> 2.8에서 얻어진 상청액을, 백색 침전물 (3 분획, DAMC)을 수득 3.5 (A) g 프로판올을 추가한다. </li><li> 10 분 동안 3,000 XG에서 2.9의 솔루션을 원심 분리기, 준비 (별도의 비커에 뜨는을 부어) 겔 같은 DAMC 침전물을 수집은 (섹션 4에서 사용할 수있는 세부 사항) 투석에 의해 정제 물에 재 분산하고, 특징으로한다 (5 절). </li></ol> ENCC 및 DCC 3. 합성 <ol><li> 100 ㎖에 용해시켜, 0.5 M 수산화 나트륨 (NaOH) 용액을 제조 ~ 2g의 NaOH를물을 따로 보관합니다. 이 단계 3.7에서 사용됩니다. </li><li> m 3 = m 4분의 1, 흡수 물 무게 측정 : 사에 의해, 1.11에서 얻어진 습식 산화 펄프, 분할 w m, 3 = m 3 1 -. </li><li> (- 3 w m 50) 용액에 물과 용해 교반 별도로, 2.93 g의 염화나트륨 및 1.41 염소산 나트륨 (차아 염소산 나트륨 2)를 추가한다. </li><li> m 3.3에서 얻은 용액 (포함 ~ 1g의 건조 산화 펄프) 습식 산화 펄프 3g을 일시 중단합니다. 최종 펄프 농도가 50 ㎖ 가능한 전체 물 1g되어 있습니다 (무료는 물을 흡수). </li><li> 3.4의 용액에 pH 미터를 놓습니다. </li><li> 단계 3.4 적하의 혼합물에 1.41 g의 과산화수소 (H 2 O 2)를 추가한다. </li><li> 서서히 단계 3.1에서 제조 한 0.5 M 수산화 나트륨 (NaOH)을 첨가하여 pH를 ~ 5로 유지하면서 105 rpm에서 RT에서 24 시간 동안 3.6의 현탁액을 교반 하였다. pH가 반응 개시로부터 빠르게 ~ 15 분 후 감​​소 개시하고, 반응 중 적어도 처음 4 시간 동안 5에서 일정하게 유지한다 : 참고. 편의를 위해,이 반응은 오후 1시 시작하고, pH가 5 시까 제어하는​​ 것을 제안하고, 반응물을 방치 O / N와 초기 pH가 다시 5로 증가 아침에. 이러한 긴 시간 후, pH를 강하 변환 대부분이 달성되었음을 나타내는 크지 않을 것이다. 이제 거의 고체 (큰 섬유는 나노 입자로 분해된다), 용액에서 관찰 될 수 없다. 반응이 장시간 방치되는 경우, 결정질 부분은 중단 될 수 있습니다. </li><li> 10 분 동안 27,000 XG에 동일 가중 원심 분리기 튜브와 원심 분리기에 3.7에서 얻은 현탁액을 분할하고, 마이크로 섬유 침전물로부터 상층 액 (ENCC + DCC)를 분리합니다. </li><li> 3.8에서 얻은 상등액을 달아 솔루션 질량 (B)로 전화하십시오. </li><li> 천천히 0.16 (B) g의 이단을 추가백색 침전물 (두번째 분획 ENCC)을 형성하도록 교반하면서 3.9 용액에 올 실시. </li><li> 원심 분리기 10 분 동안 3,000 XG에 3.10의 솔루션 및 경사에 의해 생성 된 겔 ENCC 침전물을 분리합니다. ENCC 투석 (섹션 4에서 사용할 수있는 세부 사항)에 의해 정제 물에 재 분산하고, (섹션 5)를 특징으로 할 준비가되어 있습니다. </li><li> 3.11 얻어진 상등액, 백색 침전물 (3 분획, DCC)을 수득 용액 질량 에탄올의 동일한 질량을 추가한다. </li><li> 10 분 동안 3,000 XG에서 3.12의 용액을 원심 분리하고, 겔은 DCC (제 4의 가능한 상세) 투석에 의해 정제하고, 물에 재 분산 한 것을 특징으로 준비 침전 분리한다. </li></ol> 4. 투석 절차 SNCC, DAMC, ENCC 또는 DCC를 정화하는 <ol><li> 1 시간 동안 격렬하게 교반하면서 10 ml의 물에 겔상 2.8 (SNCC) 중 어느 한 단계에서 얻어진 침전물을, 2.10 (DAMC), 3.11 (ENCC) 또는 3.13 (DCC)를 재 분산. </li><li> 장소 일전자 투석 튜브의 분산 (MW 컷오프 = 12 ~ 14 kDa의, 길이 ~ 30cm, 폭 ~ 4.5 cm) 및 클리핑으로 상단과 하단을 고정합니다. </li><li> 증류수 ~ 4 L의 작성 투석 가방을 놓고 염을 꺼내 24 시간 동안 교반한다. </li><li> 감기 (4 °에 C) 대신에 용기 저장소에 투석 솔루션을 수집합니다. </li></ol> 5. 후 정화 특성 : 고체 단계 및 충전 농도 측정 <ol><li> 농도 측정 <ol><li> 가중 접시에 원하는 분산액을 3 ㎖ (알루미늄 컵 57 mm)를 단다. </li><li> 오븐 (50 ° C) O / N의 분산을 포함 칭량 접시를 놓습니다. </li><li> 드라이 필름의 무게를 측정하고, 분산 된 나노 입자 또는 중합체의 농도를 구한다 농도 = 드라이 필름 / 3의 100 × 질량, 또는 (V % / w) 농도 (% w / w) = 분산의 드라이 필름 / 질량의 100 × 질량 </li></ol></li><li> 전도율 적정 </st룽&gt; <ol><li> 알데히드 함량을 결정하는 SNCC 또는 DAMC의 전도율 적정 <ol><li> 100 ㎖의 최종 부피를 조절 한 다음 25 ㎖의 물에 0.82 mL의 염산을 첨가하여 0.1 M 염산 (HCL)을 준비한다. </li><li> 별도로, 최종 용액 100 ㎖을 달성하기 위해 증류수에 0.4 g의 수산화 나트륨을 첨가하여 0.1 M의 NaOH를 준비한다. </li><li> 히드 록실 아민 히드로 클로라이드의 방법 (24)에 이어, 물을 원하는 양으로 원하는 분산액의 공지 된 양을 추가하는 (예를 들어, 50 g, 0.02 ml의 H 2 O). </li><li> 염산 (0.1 M)을 희석하여 pH를 3.5로 조정합니다. </li><li> 10 ml의에게 분산에 염산 히드 록실 아민 용액 (/ w w 5 %)를 추가합니다. </li><li> pH를 모니터링하고 pH가 3.5에서 안정 될 때까지 0.1 M NaOH를 추가하여 3.5에서 보관하십시오. </li><li> NaOH를 소비 된 양을 사용하여, 알데히드기 및 NH 2 OH · HCl을 반응으로부터의 방출 된 H + 중화 알데히드 집중하고 측정 할기 (반응 중에 생성 된 HCl을 소비의 NaOH = 몰 = 몰 SNCC에 알데히드기 몰). </li></ol></li><li> 카르 복실 내용을 결정하는 ENCC 또는 DCC의 전도율 적정 <ol><li> 문학 (25) 다음, 증류수 고체 140 ml의 0.02 g을 가지고 원하는 분산의 충분한 양을 추가 할 수 있습니다. </li><li> 별도로, 최종 용액 100 ㎖을 달성하기 위해 증류수에 염화나트륨 0.117 g을 용해시켜 20 mM의 염화나트륨을 준비한다. 5.2.2.1 20 mM의 NaCl을 2 ㎖를 추가합니다. </li><li> 약 3 염산 (0.1 M)를 희석 사용하여 pH를 줄입니다. </li><li> pH를 ~ 11까지 0.1 ㎖ / 분 단위 표준 수산화 나트륨 (NaOH로 10 mm)를 첨가하여 전도도 적정을 수행한다. </li><li> 충전 그룹 (도 2에 상세) 중화 표면 전하 농도를 측정하기 위해 NaOH를 소비 볼륨을 사용 (소비 된 염기의 1 몰은 입자 표면에 1 몰 COOH 같음). </li></ol></li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

이 시각 논문에서 논의 된 화학에 이어, 결정질 및 비정질 두 단계 (털이 나노 결정 셀룰로오스)를 베어링 조정 가능한 충전 매우 안정적인 셀룰로오스 계 나노 입자의 스펙트럼이 생성된다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 요오드 산화 시간에 따라 다양한 제품이 수득된다 : 산화 된 섬유 (분획 1), SNCC (분획 2), 및 DAMC (분획 3) 이들 각각은 정의 된 크기와 같은 고유 특성을 제공하는, 모폴로?...

셀룰로오스는, 세계에서 가장 많은 생체 고분자와 같은 하나 (또는 셀룰로오스 나노 CNC라고도 NCC) 나노 결정질 셀룰로오스라는 결정 성 나노 입자를 수득 주요 원료로서 최근에 제공되었다. NCC 합성의 메카니즘을 이해하기 위해 셀룰로오스 섬유의 구조를 탐색 할 필요가있다. 셀룰로오스는 선형 폴리 - 베타 (1,4) -D- 글루코스 잔기 둘 다 분산 중합체를 포함한다. 각 단량체의 설탕 반지 (1.5)의 체인을 형성하는 글리코 시드 산소를 통해 연결된 첫 번째 Nageli 및 Schwendener 2,4에 의해보고 결정 부품 무질서, 비정질 영역을, 교대 도입, 104 글루 코피 라노스 단위 2,3 X됩니다. 소스에 따라 셀룰로오스 성 부분은 다양한 다형 5를 채용 할 수있다. 셀룰로오스 섬유를 강산으로 처리되는 경우, 예컨대 황산, 비정질상이 완전히 가수 분해 될 수 아Y는 중합체 중단 소스에 따라 다양한 종횡비의 결정 입자 (생성하는 예를 들면 폭의 목재면 수율 90 % 이상의 결정 성 나노 막대 ~ 50-10 nm이고, 길이가 ~ 100-300 nm의 tunicin 반면, 박테리아, 조류는) 몇 마이크로 미터 긴 NCC 업체에 5-60 나노 미터 폭 100 nm의 생산 6. 독자는 이러한 나노 물질 2,5,7-16의 과학 및 엔지니어링 측면에서 사용할 수 문학의 방대한 양이라고합니다. 이러한 나노 입자의 많은 흥미로운 특성에도 불구하고, 자신의 콜로이드 안정성은 항상 그들의 상대적으로 낮은 표면 전하 콘텐츠 (이하 1 밀리몰 / g) (17) 높은 소금 농도와 높은 / 낮은 pH에서 문제가되고있다. 대신 강산 가수, 셀룰로오스 섬유는 더 심각한 부반응 18,1와 2,3- 디 알데히드 단위를 형성하는 하이드로 D 글루 코피 라노스 잔기에 C2-C3 결합을 절단, 산화제 (요오드)으로 처리 될 수있다9. 이들은 부분적으로 산화 된 섬유는 기계적 전단 또는 초음파 (20)없이 단독으로 화학 반응을 이용하여, 비정질 및 결정질 두 영역 (털이 나노 결정질 셀룰로오스)를 함유하는 나노 입자를 제조하는 유용한 중간 물질로서 사용될 수있다. 부분 산화 정도 DS &lt;2 가열 입체적으로 안정화 된 나노 결정질 셀룰로오스 (SNCC)라는 제품, 즉 섬유상 셀룰로오스, 수분 산성 디 알데히드 셀룰로스 나노 위스커 세 일괄 섬유 결과 산화 및 분리 할 수​​ 알데히드 변성 셀룰로오스 (DAMC)을 용해 할 때 공동 용매 또한 정확하게 제어 및 간헐적 인 원심 분리 (21)에 의해. 부분적으로 산화 된 섬유에 제어 염소산 산화 수행는 알데히드 함량 18에 따라 나노 결정질 셀룰로오스 그램 당 높은 밀리몰 7로서 COOH기를 도입 할 수 단위 카복실 거의 모든 알데히드기 변환 </suP&gt;, 안정제 역할. 이 나노 입자는 electrosterically 안정화 된 나노 셀룰로오스 (ENCC)라고한다. 또한, 청구 모발 형 돌출 체인 연질 ENCC 층 (17) 상에 존재하는 것이 확인되었다. 이 물질은 중금속 (22)을 청소할 수있는 고효율 흡착제로서 사용되어왔다. 이들 나노 입자의 전하를 정밀 요오드 반응 시간 (23)를 제어함으로써 제어 될 수있다. 셀룰로오스의 알려진 산화 반응에도 불구하고, SNCC 및 ENCC의 생산은 다른 연구 그룹에 의해 가장 아마도 분리 문제에보고 된 적이있다. 우리는 성공적으로 합성하고 정확하게 반응 및 분리 단계를 설계하여 나노 제품의​​ 다양한 분수를 분리 할 수​​ 있었다. 이 시각 문서 재현성 비정질 및 결정 성 부분 모두 베어링 상기 새로운 나노 위스커를 준비하고 특성화하는 방법에 대해 완전한 세부 사항을 보여줍니다나무 섬유에서의. 이 튜토리얼은 부드러운 소재, 생물 및 의약 과학, 나노 기술 및 나노 포토닉스, 환경 과학 및 공학, 물리학 등의 분야에서 활약하는 연구자 자산이 될 수 있습니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="947">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Q-90 softwood pulp</td>
			<td style="width:149px;">FPInnovations</td>
			<td style="width:213px;">-</td>
			<td style="width:369px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sodium periodate</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:213px;">S1878-500G/CAS7790-28-5</td>
			<td style="width:369px;">Light sensitive, Strong oxidizer, must be kept away from flammable materials</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium chloride</td>
			<td style="width:149px;">ACP Chemicals</td>
			<td style="width:213px;">S2830-3kg/7647-14-5</td>
			<td style="width:369px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">2-Propanol</td>
			<td style="width:149px;">Fisher</td>
			<td style="width:213px;">L-13597/67-63-0</td>
			<td style="width:369px;">Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ethylene glycol</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:213px;">102466-1L/107-21-1</td>
			<td style="width:369px;">-</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium hydroxide</td>
			<td style="width:149px;">Fisher</td>
			<td style="width:213px;">L-19234/1310-73-2</td>
			<td style="width:369px;">Strong base, causes serious health effects</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Sodium chlorite</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:213px;">71388-250G/7758-19-2</td>
			<td style="width:369px;">Reactive with reducing agents and combustible materials</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Hydrogen peroxide</td>
			<td style="width:149px;">Fisher</td>
			<td style="width:213px;">H325-500/7722-84-1</td>
			<td style="width:369px;">Corrosive and oxidizing agent, keep in a cool and dark place</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:149px;">Commercial alcohols</td>
			<td style="width:213px;">P016EAAN</td>
			<td style="width:369px;">Flammable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Hydrochloric acid</td>
			<td style="width:149px;">ACP Chemicals</td>
			<td style="width:213px;">H-6100-500mL/7647-01-0</td>
			<td style="width:369px;">Strong acid, causes serious health effects</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Hydroxylamine hydrochloride</td>
			<td style="width:149px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:213px;">159417-100G/5470-11-1</td>
			<td style="width:369px;">Unstable at high temperature and humidity, mutagenic</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:149px;">Beckman Coulter</td>
			<td style="width:213px;">J2</td>
			<td>High rotary speed</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Fixed angle rotor</td>
			<td style="width:149px;">Beckman Coulter</td>
			<td style="width:213px;">JA-25.50</td>
			<td>Tighten the lid carefully</td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:216px;">Dialysis tubing</td>
			<td style="width:149px;">Spectrum Labs</td>
			<td style="width:213px;">Spectra (Part No. 132676)</td>
			<td>Cutoff Mw = 12-14 kD, Length ~ 30 cm, width ~ 4.5 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Aluminum cup</td>
			<td style="width:149px;">VWR</td>
			<td style="width:213px;">611-1371</td>
			<td>57 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Titrator</td>
			<td style="width:149px;">Metrohm</td>
			<td style="width:213px;">836 Titrando</td>
			<td>-</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

highly stable, functional hairy nanoparticles and biopolymers from wood fibers: towards sustainable nanotechnology

나노 입자, 나노 기술 및 나노 의학의 핵심 소재 중 하나로, 지난 10 년 동안 상당한 중요성을 얻고있다. 금속 기반의 나노 입자 합성 및 환경 번거 로움과 연관되어 있지만, 셀룰로오스 나노 입자 합성을위한 녹색, 지속 가능한 대안을 소개합니다. 여기서, 우리는 나무 섬유를 기반 털이 (비정질 및 결정질 영역 모두 담지) 나노 입자와 생체 고분자의 새로운 클래스를 생성하기 위해 화학 합성 및 분리 방법을 제시한다. 연질 목재 펄프의 요오드 산화를 통해, 셀룰로오스 글루코오스 고리는 2,3- 디 알데히드 그룹을 형성하는 C2-C3 결합이 개방된다. 부분적으로 산화 된 섬유 또한 가열 (예를 들어, T = 80 ° C를) 잘 간헐적 원심 분리에 의해 분리 된 세 가지 제품, 즉 섬유 산화 셀룰로오스, 입체적으로 안정화 된 나노 셀룰로오스 (SNCC), 용해 디 알데히드 수정 셀룰로오스 (DAMC), 결과 공동 용매 부가.부분적으로 산화 된 섬유 (가열하지 않고)는 카르복실기 거의 모든 알데히드 변환 염소산과 반응 중간체 반응성 사용 하였다. 공동 용매 침전 및 원심 분리 electrosterically 안정화 된 나노 셀룰로오스 (ENCC) 및 dicarboxylated 셀룰로오스 (DCC) 결과. 종래 NCC에 비해 SNCC 및 ENCC (카르복실기 함량)를 정확하게 예를 들면 나노 입자 (그램 당 7 개 이상의 밀리몰 관능기 베어링 매우 안정한 나노 입자의 결과로, 요오드 산화 반응을 시간 제어함으로써 제어 하였다 따라서 표면 전하의 알데히드 함유량 베어링 &lt;&lt; 1 밀리몰 작용기 / g). 원자 힘 현미경 (AFM), 투과형 전자 현미경 (TEM), 주사 전자 현미경 (SEM)은 막대 형상의 형태로 증명. 전도도 적정, 푸리에 변환 적외선 분광기 (FTIR), 핵 자기 공명 (NMR), 동적 광산란 (DLS), 기적-의 변환이러한 나노 물질의 우수한 특성에 onic 진폭 (ESA) 및 음향 감쇠 분광 창고 빛.

펄프 및 요오드 염소산 산화 동안 각 분획의 질량 부와 전하 함량은 반응 시간 (표 1)에 달려있다. 또한, DAC 분자량은 가열 조건과 체류 시간 (표 2)에 의존한다. SNCC 및 DAMC가 만들어지면, 이들은 프로판올 (도 1)을 첨가하여 침전. ENCC의 충전 함량을 측정하기 위해, 전도도 적정 (도 2)를 행한다. NCC와 ENCC 콜로이드 동작은 이?...

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

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

매우 안정, 기능 털이 나노 입자와 목재 섬유에서 생체 고분자 : 지속 가능한 나노 기술쪽으로

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

highly-stable-functional-hairy-nanoparticles-biopolymers-from-wood

Research

JoVE Journal

Chemistry

11.9K 조회수.  McGill University. Synthesis schemes to prepare highly stable wood fiber-based hairy nanoparticles and functional cellulose-based biopolymers have been detailed. 

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Formation of Ordered Biomolecular Structures by the Self-assembly of Short Peptides

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control self-assembly and mimicking this process in vitro will bring about major advances in the areas of materials science and nanotechnology. Among the available biological building blocks, peptides have several advantages as they present substantial diversity, their synthesis in large scale is straightforward, and they can easily be modified with biological and chemical entities1,2. Several classes of designed peptides such as cyclic peptides, amphiphile peptides and peptide-conjugates self-assemble into ordered structures in solution. Homoaromatic dipeptides, are a class of short self-assembled peptides that contain all the molecular information needed to form ordered structures such as nanotubes, spheres and fibrils3-8. A large variety of these peptides is commercially available.
This paper presents a procedure that leads to the formation of ordered structures by the self-assembly of homoaromatic peptides. The protocol requires only commercial reagents and basic laboratory equipment. In addition, the paper describes some of the methods available for the characterization of peptide-based assemblies. These methods include electron and atomic force microscopy and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). Moreover, the manuscript demonstrates the blending of peptides (coassembly) and the formation of a &#34;beads on a string&#34;-like structure by this process.9 The protocols presented here can be adapted to other classes of peptides or biological building blocks and can potentially lead to the discovery of new peptide-based structures and to better control of their assembly.

This paper describes the formation of highly ordered peptide-based structures by the spontaneous process of self-assembly. The method utilizes commercially available peptides and common lab equipment. This technique can be applied to a large variety of peptides and may lead to the discovery of new peptide-based assemblies.

짧은 펩타이드의 자기 조립에 의해 주문 생체 고분자 구조의 형성

In nature, complex functional structures are formed by the self-assembly of biomolecules under mild conditions. Understanding the forces that control ...

연구

화학

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

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and lignin. Layer-by-layer (LbL) assembly process which relies on the assembly of oppositely charged molecules from aqueous solutions was used to build a freestanding composite film of isolated wood polymers of lignin and oxidized nanofibril cellulose (NFC). To facilitate the assembly of these negatively charged polymers, a positively charged polyelectrolyte, poly(diallyldimethylammomium chloride) (PDDA), was used as a linking layer to create this simplified model cell wall. The layered adsorption process was studied quantitatively using quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) and ellipsometry. The results showed that layer mass/thickness per adsorbed layer increased as a function of total number of layers. The surface coverage of the adsorbed layers was studied with atomic force microscopy (AFM). Complete coverage of the surface with lignin in all the deposition cycles was found for the system, however, surface coverage by NFC increased with the number of layers. The adsorption process was carried out for 250 cycles (500 bilayers) on a cellulose acetate (CA) substrate. Transparent free-standing LBL assembled nanocomposite films were obtained when the CA substrate was later dissolved in acetone. Scanning electron microscopy (SEM) of the fractured cross-sections showed a lamellar structure, and the thickness per adsorption cycle (PDDA-Lignin-PDDA-NC) was estimated to be 17 nm for two different lignin types used in the study. The data indicates a film with highly controlled architecture where nanocellulose and lignin are spatially deposited on the nanoscale (a polymer-polymer nanocomposites), similar to what is observed in the native cell wall.

The objective of this research was to form synthetic plant cell wall tissue using layer-by-layer assembly of nanocellulose fibrils and isolated lignin assembled from dilute aqueous suspensions.&#160; Surface measurement techniques of quartz crystal microbalance and atomic force microscopy were used to monitor the formation of the polymer-polymer nanocomposite material.

Nanocellulose, 리그닌의 날조 된 자립형 필름, 및 합성 폴리 양이온 : Biomimicking 나무를 향하여

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

Folding and Characterization of a Bio-responsive Robot from DNA Origami

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both stimuli and cargo can be tailored according to specific needs. Here we describe the DNA nanorobot fabrication protocol, with the use of the DNA origami technique. The procedure initiates by mixing short single-strand DNA staples into a stock mixture which is then added to a long, circular, single-strand DNA scaffold in presence of a folding buffer. A standard thermo cycler is programmed to gradually lower the mixing reaction temperature to facilitate the staples-to-scaffold annealing, which is the guiding force behind the folding of the nanorobot. Once the 60 hr folding reaction is complete, excess staples are discarded using a centrifugal filter, followed by visualization via agarose-gel electrophoresis (AGE). Finally, successful fabrication of the nanorobot is verified by transmission electron microscopy (TEM), with the use of uranyl-formate as negative stain.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here we describe a protocol for the folding of a bio-responsive robot from DNA origami, its purification and negative staining for transmission electron microscopic imaging (TEM).

DNA 접기에서 바이오 응답 로봇의 폴딩 및 특성화

The DNA nanorobot is a hollow hexagonal nanometric device, designed to open in response to specific stimuli and present cargo sequestered inside. Both ...

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.

&#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.

β-배럴 외부 막 단백질의 구조 결정을 향해 - 구축해에서 결정에

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

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in combination with their outstanding thermal and chemical stability, and low densities. However, their insoluble nature causes problems in their processing since usually applied techniques such as spin coating are not available. Especially for membrane applications, where the processing of CMP as thin films is desirable, the processing problems have hindered their commercial application.
Here we describe the interfacial synthesis of CMP thin films on functionalized substrates via molecular layer-by-layer (l-b-l) synthesis. This process allows the preparation of films with desired thickness and composition and even desired composition gradients.
The use of sacrificial supports allows the preparation of freestanding membranes by dissolution of the support after the synthesis. To handle such ultra-thin freestanding membranes the protection with sacrificial coatings showed great promise, to avoid rupture of the nanomembranes. To transfer the nanomembranes to the desired substrate, the coated membranes are upfloated at the air-liquid interface and then transferred via dip coating.

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

레이어로 레이어 합성 및 독립 구조로 서있는 공역 미세 다공성 고분자 Nanomembranes의 전송

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like oligomeric clusters of these yellow nanoparticles of narrow size distribution are synthesized under ambient conditions via two methods. The delay-time method controls the number of subunits in the oligoclusters by varying the time between the addition of HAuCl4 to alkaline solution and the subsequent addition of reducing agent, NaSCN. The yellow oligoclusters produced range in size from ~3 to ~25 nm. This size range can be further extended by an add-on method utilizing hydroxylated gold chloride (Na+[Au(OH4-x)Clx]-) to auto-catalytically increase the number of subunits in the as-synthesized oligocluster nanoparticles, providing a total range of 3 nm to 70 nm. The crude oligocluster preparations display narrow size distributions and do not require further fractionation for most purposes. The oligoclusters formed can be concentrated &#62;300 fold without aggregation and the crude reaction mixtures remain stable for weeks without further processing. Because these oligomeric clusters can be concentrated before derivatization they allow expensive derivatizing agents to be used economically. In addition, we present two models by which predictions of particle size can be made with great accuracy.

We describe a simple method for producing highly stable oligomeric clusters of gold nanoparticles via the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) with sodium thiocyanate (NaSCN). The oligoclusters have a narrow size distribution and can be produced with a wide range of sizes and surface coats.

주변 조건에 따라 금 나노 입자의 안정 올리고머 클러스터의 크기 제어 합성을위한 간단한 방법

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide (CdSe@CdS) nanorod photocatalysts. Seeded rods are grown using a colloidal hot-injection method and then moved to an aqueous medium by ligand exchange. CdSe@CdS nanorods, an iridium precursor and other salts are mixed and illuminated. The deposition process is initiated by absorption of photons by the semiconductor particle, which results with formation of charge carriers that are used to promote redox reactions. To insure photochemical oxidative growth we used an electron scavenger. The photogenerated holes oxidize the iridium precursor, apparently in a mediated oxidative pathway. This results in the growth of high quality crystalline iridium oxide particles, ranging from 0.5 nm to about 3 nm, along the surface of the rod. Iridium oxide grown on CdSe@CdS heterostructures was studied by a variety of characterization methods, in order to evaluate its characteristics and quality. We explored means for control over particle size, crystallinity, deposition location on the CdS rod, and composition. Illumination time and excitation wavelength were found to be key parameters for such control. The influence of different growth conditions and the characterization of these heterostructures are described alongside a detailed description of their synthesis. Of significance is the fact that the addition of iridium oxide afforded the rods astounding photochemical stability under prolonged illumination in pure water (alleviating the requirement for hole scavengers).

A protocol for the photochemical oxidative growth of small crystalline iridium oxide nanoparticles on the surface of CdSe@CdS seeded rod nanoparticles is presented.

의 CdSe @ CdS와 나노 막대에 이리듐 산화물 나노 입자의 광 화학적 산화 성장

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

Green and Low-cost Production of Thermally Stable and Carboxylated Cellulose Nanocrystals and Nanofibrils Using Highly Recyclable Dicarboxylic Acids

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils (CNF) from bleached eucalyptus pulp (BEP) and unbleached mixed hardwood kraft pulp (UMHP) fibers using highly recyclable dicarboxylic solid acids. Typical operating conditions were acid concentrations of 50 - 70 wt% at 100 &#176;C for 60 min and 120 &#176;C (no boiling at atmospheric pressure) for 120 min, for BEP and UMHP, respectively. The resultant CNCs have a higher thermal degradation temperature than their corresponding feed fibers and carboxylic acid group content from 0.2 - 0.4 mmol/g. The low strength (high pKa of 1.0 - 3.0) of organic acids also resulted in CNCs with both longer lengths of approximately 239 - 336 nm and higher crystallinity than CNCs produced using mineral acids. Cellulose loss to sugar was minimal. Fibrous cellulosic solid residue (FCSR) from the dicarboxylic acid hydrolysis was used to produce carboxylated CNFs through subsequent mechanical fibrillation with low energy input.

Here we demonstrate a novel method for green and sustainable productions of highly thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNC) and nanofibrils (CNF) using highly recyclable solid dicarboxylic acids.

열 안정성 및 카르 셀룰로오스 나노 결정과 Nanofibrils를 사용하여 재활용도가 높은 디카 르 복실 산의 녹색과 저비용 생산

Here we demonstrate potentially low cost and green productions of high thermally stable and carboxylated cellulose nanocrystals (CNCs) and nanofibrils ...

Microfluidic Dry-spinning and Characterization of Regenerated Silk Fibroin Fibers

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables the silk proteins to be compact and ordered by shearing and elongation forces. Here, a biomimetic microfluidic channel was designed to mimic the specific geometry of the spinning duct of the silkworm. Regenerated silk fibroin (RSF) spinning doped with high concentration, was extruded through the microchannel to dry-spin fibers at ambient temperature and pressure. In the post-treated process, the as-spun fibers were drawn and stored in ethanol aqueous solution. Synchrotron radiation wide-angle X-ray diffraction (SR-WAXD) technology was used to investigate the microstructure of single RSF fibers, which were fixed to a sample holder with the RSF fiber axis normal to the microbeam of the X-ray. The crystallinity, crystallite size, and crystalline orientation of the fiber were calculated from the WAXD data. The diffraction arcs near the equator of the two-dimensional WAXD pattern indicate that the post-treated RSF fiber has a high orientation degree.

A protocol for the microfluidic spinning and microstructure characterization of regenerated silk fibroin monofilament is presented.

미세 드라이 회전 및 재생성된 실크 Fibroin 섬유의 특성

The protocol demonstrates a method for mimicking the spinning process of silkworm. In the native spinning process, the contracting spinning duct enables ...

Stable DNA Motifs, 1D and 2D Nanostructures Constructed from Small Circular DNA Molecules

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D DNA nanostructures. Over decades, the rapid development of DNA nanotechnology is attributed to the use of linear DNAs as the source materials. For example, the DAO (double crossover, antiparallel, odd half-turns) tile is well-known as a building block for construction of 2D DNA lattices; the core structure of DAO is made from two linear single-stranded (ss) oligonucleotides, like two ropes making a right hand granny&#160;knot. Herein, a new type of DNA tiles called cDAO (coupled DAO) are built using a small circular ss-DNA of c64nt or c84nt (circular 64 or 84 nucleotides) as the scaffold strand and several linear ss-DNAs as the staple strands. Perfect 1D and 2D nanostructures are assembled from cDAO tiles: infinite nanowires, nanospirals, nanotubes, nanoribbons; and finite nano-rectangles. Detailed protocols are described: 1) preparation by T4 ligase and purification by denaturing PAGE (polyacrylamide gel electrophoresis) of small circular oligonucleotides, 2) annealing of stable circular tiles, followed by native PAGE analysis, 3) assembling of infinite 1D nanowires, nanorings, nanospirals, infinite 2D lattices of nanotubes and nanoribbons, and finite 2D nano-rectangles, followed by AFM (Atomic Force Microscopy) imaging. The method is simple, robust, and affordable for most labs.

This article presents a detailed protocol for T4 ligation and denaturing PAGE purification of small circular DNA molecules, annealing and native PAGE analysis of circular tiles, assembling and AFM imaging of 1D and 2D DNA nanostructures, as well as agarose gel electrophoresis and centrifugation purification of finite DNA nanostructures.

안정적인 DNA 모티프, 1d와 2D Nanostructures 작은 원형 DNA 분자에서 건설

This article presents a detailed protocol for synthesis of small circular DNA molecules, annealing of circular DNA motifs, and construction of 1D and 2D ...

매우 안정, 기능 털이 나노 입자와 목재 섬유에서 생체 고분자 : 지속 가능한 나노 기술쪽으로

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