文摘
为了更好地准备和分析细菌纤维素基复合水凝胶中,提出了基于扫描电镜的实验方法。方法的具体内容是通过扫描电子显微镜观察水凝胶,通过实验观察分子之间的空间,提高细菌纤维素水凝胶的制备的影响。实验结果表明,凝胶制备的效果是最好的,当PEG浓度不超过通过扫描电子显微镜观察。最好是准备通过扫描电镜细菌纤维素复合水凝胶。
1。介绍
扫描电子显微镜(SEM)是一种观察方式之间透射电子显微镜和光学显微镜1]。它使用一个非常狭窄的高能电子束扫描样品。通过梁之间的交互和材料,各种物理信息刺激,和信息收集,放大,重新塑造的目的达到材料的微观形貌的表征。新扫描电子显微镜分辨率为1纳米。放大倍数可达300000倍以上的连续可调。此外,扫描电子显微镜等分析仪器可以观察微观形态和分析相结合的复合材料在小地区。扫描电子显微镜广泛应用于岩石和土壤的研究石墨陶瓷和纳米材料。因此,扫描电子显微镜在科学研究中发挥着重要作用。
用于扫描电镜成像的信号来自入射光束与原子之间的相互作用在不同深度的样品。电子束轰击下,样品会产生多种信号包括背散射电子二次电子,特征x射线吸收电子,透射电子,俄歇电子、阴极荧光电子,和梁诱导效应(2- - - - - -4]。虽然很难单个机器上所有的探测器,背散射电子(BSE)和二次电子(SEI)特征x射线探测器是通用的标准探测器扫描电子显微镜。
纤维素是世界上最丰富的天然可降解聚合物,广泛存在于植物界,是一个主要的研究对象在高分子化学的诞生和发展阶段5]。图1显示collagen-based水凝胶的制备。目前,有两种不同的方法来获得纤维素。一个是自然合成纤维素,植物通过光合作用合成的或微生物。另一种是合成纤维,合成纤维素的酶催化合成和葡萄糖的开环聚合新戊基衍生品体外。常规形态合成纤维素的结晶度较低,低于天然纤维素。在当今世界所面临的四个主要问题,人口,资源,环境,和食物,可再生自然资源的可持续发展具有重要的战略意义6,7]。
除了植物纤维素,微生物也可以发酵生产纤维素,统称为细菌纤维素(8]。当使用醋菌属xylantoides静态文化,Pfdab等人发现,膜表面形成中,后被任命为公元前物理和化学分析,证实了它的结构类似于纤维素(9]。根据研究,细菌纤维素是一种吡喃葡萄糖组成的链聚合物残渣残留糖苷键 。纳米超细网络结构,比天然植物纤维素有更多优秀的特点,如高纯度、结晶度高、大的比表面积,良好的亲水性和生物相容性,而且容易在环境中降解。目前,在发达国家,细菌纤维素行业已经初步形成了每年的价值超过1亿美元的市场,涉及食品、化工、制药、纺织、造纸等行业。作为一种环境友好和可再生生物材料,细菌纤维素有巨大的商业价值和良好发展前景的情况下增长的人口和资源短缺。
2。文献综述
细菌纤维素纯纤维素的形式存在,也有类似的结构,植物和藻类产生的纤维素,具有独特的物理和化学性质。公元前一个密集的三维网络结构,纤维直径30至100海里,这是1/10-1/100的植物纤维素纤维。能产生的细菌纤维素主要是醋酸菌,根瘤菌,土壤细菌,octadiococcus,等等。最有效的物种用于微生物研究是革兰氏阴性木质的醋菌,这是更名为Gluconacetobacter xylinus国际。
细菌纤维素合成的研究有助于更好的理解植物纤维素的生物起源。起初,BC生物合成研究一直局限于生理生化特性,但近几十年来,随着分子生物学的发展,BC生物合成的机理研究一直在加速。细菌纤维素的合成是一个专门控制的多步反应过程涉及到一个复杂的系统调节的蛋白质和独特的酶催化反应。这些过程包括纤维素的合成前体尿苷二磷酸葡萄糖,葡萄糖聚合紧随其后 ,4-glucan链的合成,即终端复杂不断从UDPGlu吡喃葡萄糖残基转移到新成立的多糖链。超分子网络结构。UDPGlu已报道的合成途径,但是组装的分子机制和多个葡聚糖链的结合到纤维需要进一步阐明。
戊糖磷酸循环和三羧酸循环是两个主要代谢途径由xylantoides醋菌在纤维素合成。戊糖磷酸循环是通过葡萄糖代谢过程的异化和有效的糖合成纤维素。由于丙酮酸和葡萄糖之间的相互转换的可能性,应该抑制糖酵解途径,丙酮酸不断转化为葡萄糖。三羧酸循环、糖原从草酰乙酸丙酮酸发生异化,草酰乙酸declothase、丙酮酸激酶、磷酸己糖合成纤维素通过异构化和磷酸化。当电费高,也就是说,当6-phosphate葡萄糖脱氢酶的活性抑制ATP,葡萄糖代谢有利于纤维素的合成,而葡萄糖代谢进入HMP(表1)。
针对这一研究问题,霁等人认为,细菌纤维素在潮湿状态有很高的抗拉强度、弹性模量高、高持水量,内外表面光滑,可以作为人工血管手术(10]。Vasava,应认为细菌纤维素有特殊的三维网络结构,湿强度高、高吸水和保水由于nanoeffect和可能由原位处理湿状态。因其纯度高,性能优良,细菌纤维素纤维可广泛用于医用敷料、组织工程支架、人工血管、人工皮肤、和其他方面。它是国际生物医学材料研究的热点领域11]。先生认为,结合扫描电子显微镜等分析工具可以用来观察显微镜下的形态和分析材料的成分在很小的区域12]。
提出了一种基于扫描电子显微镜的实验方法。该方法的具体内容是通过扫描电子显微镜观察水凝胶和观察分子间空间通过实验证明这种方法来解决问题的效果准备从细菌纤维素水凝胶。
3所示。方法
3.1。二次电子形态学对比原则
产生的二次电子是一种自由电子与电子束轰击样品,以便样品中原子的外层电子脱离原子。二次电子有较低的能量,通常小于50 eV。自产生的二次电子是非常接近样品的表面(通常5 - 10海里远离表面),二次电子成像(SEI)可以描述样品表面高分辨率1海里。
3.2。背散射电子的原子序数反差的原则
电子背散射电子(BSE)的一部分反映样品的电子束轰击的过程,包括弹性背散射电子反映在细胞核和非弹性背散射电子外核的反映。弹性背散射电子的散射角大于90,没有能量损失。因此,弹性背散射电子的能量非常高,一般达到数千数万伏。非弹性背散射电子不仅改变方向,也有不同程度的碰撞能量损失由于exonuclear电子。因此,非弹性背散射电子的能量分布范围广,通常电子伏特的成千上万的电子伏特。自非弹性背散射电子需要多次分散逃离样品表面,非弹性背散射电子的数量远远高于非弹性背散射电子。因此,扫描电镜的背散射电子称主要是指弹性背散射电子。背散射电子图像的分辨率较低的二次电子图像,因为背散射电子图像生成的深度从样品表面几百纳米。然而,背散射电子的产生是高度依赖于样品的原子序数,所以它可以用来提供样品的原子序数反差的信息。在反向散射模式下,该地区有大量平均原子序数在样品表面有很强的反向散射信号,在电子显微镜图像显示了高亮度。 On the contrary, the region with small atomic number is dark. Therefore, in the analysis of scanning electron microscope, backscattered electrons are usually combined with the energy spectrum produced by characteristic X-ray to do composition analysis. In addition, because the intensity of backscattered signal is related to the angle between the sample crystal plane and the incident electron beam, when the angle between the incident electron beam and the crystal plane is larger, the backscattered signal is stronger, and the image is brighter and vice versa; the backscattered electron can be used for crystal orientation analysis [13,14]。
3.3。能量谱的特征x射线和应用原则
当高能电子束轰击样品和电离的原子的内层电子样本,此时原子高激发态,外层和高能电子将过渡到内层填补空缺在内层和释放能量,叫做特征x射线。这些特征x射线可以用来识别组件和确定元素的丰度样本。
3.4。实验试剂
3.5。基本培养基
(1)斜面培养基xylantoides醋菌:葡萄糖25 g / L,蛋白胨3 g / L,酵母提取物5 g / L,琼脂灭菌18 g / L, pH值5;121°C下进行灭菌20分钟(3株都使用相同的斜面培养基)(2)醋菌属的种子解xylantoides倾斜的媒介(3)葡萄糖25 g / L,蛋白胨3 g / L,酵母提取物5 g / L,和pH值5.0;121°C下进行灭菌20分钟(4)xylantoides种子酒醋菌发酵培养基(5)发酵培养基:碳源25 g / L, 3 g / L,蛋白胨和酵母提取物5 g / L;121°C下进行灭菌20分钟(6)注意:碳源是葡萄糖木糖、阿拉伯糖半乳糖、甘露糖
3.5.1。蛾醋菌种子复兴
用于振兴中液体种子培养基,和3.4中所示的配置方法15]。种子培养基和激活应变斜面,和两个环菌株被接种环和选择插入100毫升的液体培养基中。整个过程是无菌操作。后中动摇了,这是放置在一个温控瓶,孵化24小时每分钟160转的速度。
3.5.2。制备细菌纤维素膜
完成种子液接种到100毫升6%不同的发酵培养基(vt %),在恒温孵化30天。凝胶状细菌纤维素薄膜生成有一定厚度的介质和空气之间的接口(16]。
3.5.3。细菌纤维素膜的后处理
细菌纤维素膜,孵化了10天,被移开,用去离子水冲洗。2小时后浸泡在0.1%的氢氧化钠水溶液在80°C (wt %),然后他们被沉浸在去离子水在80摄氏度了两个小时。循环执行治疗至少3次取消剩余的菌体和培养基,导致一个透明的凝胶状细菌纤维素膜。用去离子水冲洗多次,直到pH值是7,和这部电影出现乳白色,半透明的17]。把它放到去离子水后并将其存储在室温下灭菌20分钟。湿膜是细菌纤维素。湿膜是用液氮速冻,然后冷冻干燥和冷冻干燥得到细菌纤维素干(18]。
3.5.4。培养液量对细菌纤维素产量的影响和发酵启动对细菌纤维素产量
三种菌株Acetobacillus木质的发酵培养基使用E D-grapes碳来源。的震动时间种子的解决方案是30小时。然后培养液接种到50毫升的发酵培养基为2%,4%,6%,8%和10%。初始pH值为5.5和孵化30°C了10天。初始pH值为5.5和孵化30°C了10天。细菌纤维素膜被收获,然后晒干,体重和平均。
三个菌株的发酵培养基的xylobacter菌株是葡萄糖。的震动时间然后种子液接种到发酵培养基接种量,从4开始,4.5,5,5.5,6。细菌纤维素薄膜收获然后干重的平均值(19]。
正交试验设计是利用数理统计和正交性原理,通过合理安排实验,通过一些测试时间,迅速获得实验结果(20.]。正交试验是调查的范围内;的目的选择典型的少数试验条件和找到最好的生产和科研条件选择的年龄和实验的数量,与三因素三水平的正交设计方案,每个孩子三个平行实验,最初的5,发酵时间为10天,收获细菌纤维素膜平均干重。表4显示了正交试验因素和水平表。
3.6。发酵时间对细菌纤维素发酵的影响
葡萄糖碳源的震动时间种子溶液在发酵培养基中所使用的三种醋菌属菌株xylobacter被选为30个小时,然后,50毫升的葡萄糖碳源种子溶液被接种到发酵培养基的接种8%和10天的孵化率恒定的温度从5点30开始,分别。每两天采集标本测量产生的变化和残余碳源发酵液体的浓度。碳源利用率和三个菌株的纤维素转化率计算(21]。
3.7。测定残留糖发酵肉汤
DNS方法被用来准备标准葡萄糖溶液;然后,10试管(25毫升),和相应的试剂根据表被添加5。添加了DNS试剂,分别,沸水浴进行5分钟。图2显示了血液葡萄糖标准曲线。冷却后,去离子水补充道。混合后,吸收值测量的波长与标准葡萄糖浓度为横坐标,吸光度值为纵坐标。标准曲线绘制,回归方程计算(22]。
3.8。观察胶体结构
BC / PVA复合水凝胶:挂钩添加相应的盯住PVA溶液溶解,将它放在水浴,混合后形成一个齐次解。机械脱水后,净化膜的厚度,膜是沉浸在相应的PVA混合解决方案和挂钩。浸渍和冻融过程同上,和冻融过程是公元前2 - 6次重复,得到复合/ PVA水凝胶(挂钩23]。
准备的细菌纤维素薄膜冻干喷洒黄金;然后,microspatial细菌纤维素的结构和胶体网孔被BSE SEI扫描电子显微镜观察,和BC及其复合水凝胶的微观形态学观察,扫描电子显微镜(24]。
4所示。结果与讨论
实验表明,三维扫描电子显微镜观察到有一个密集的网络结构,纵横交错的纤维和平均场40—60纳米的大小。相应的结果如下:凝胶制备效果是最理想的,当PEG浓度低于6%。此外,添加以下挂钩不会产生显著增加疏水性相分离,当浓度高于挂钩的25]。
5。结论
本文提出了一种基于扫描电子显微镜的实验方法。该方法的具体内容是通过扫描电子显微镜观察水凝胶和观察分子间空间通过实验证明这种方法来解决问题的效果准备从细菌纤维素水凝胶。细菌纤维素是一种biocellulose高的应用价值。它有许多优秀的物理和化学性质。然而,在实际应用中,细菌纤维素的一些性质完全不能满足需求,因此需要改进其结构特征。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作得到了国家自然科学基金(国家自然科学基金委)(项目号21905168)。这项工作得到了河南省科学技术基金(项目号20 a430021)。