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3D打印高强度壳聚糖水凝胶支架: heyongzju 2020-7-31 22:06; 3D 打印高强度壳聚糖水凝胶支架近年来，由于其出色的生物相容性，生物活性，生物降解性和无毒性，广泛存在于虾蟹等海洋节肢动物的甲壳和昆虫的甲壳中的天然水凝胶材料--壳聚糖受到了越来越广泛的关注，被认为是组织工程和再生医学中的一种较好的材料。然而，已报道的研究中，大多使用酸性溶液来溶解壳聚糖粉末，再通过以这种方式获得的壳聚糖水凝胶力学性能差，无法满足组织修复的需求。近期EFL团队设计了一种不需要有机溶剂的壳聚糖墨水，通过碱/尿素水溶剂经过多次融冻循环来溶解壳聚糖，获得壳聚糖水凝胶，该墨水具有独特的温致凝胶特性，使得其能够使用埋入式高温凝固浴方法进行打印。而在凝胶化过程中，溶液中的壳聚糖分子会自组装成致密的纳米纤维网络，这使得其拥有比酸性溶液制备的壳聚糖水凝胶更杰出的力学性能，满足组织修复的需求。配合EFL的生物3D打印机，复杂的高强度壳聚糖水凝胶支架可以轻松打印。除了系统地研究高强度壳聚糖水凝胶的打印工艺和力学性能外，我们还进行了相应的体外细胞实验和动物实验来证明其生物相容性和在组织修复中应用的前景。结果表明，HUVECs细胞可以在打印的支架上顺利生长和增殖，而小鼠皮肤的修复结果也进一步证实了打印的壳聚糖水凝胶支架出色的生物相容性。考虑到强度满足要求，制造过程未引入有机溶剂，这种高强度壳聚糖水凝胶有望成为一种理想的组织修复材料。题为“3D Printing of High Strength Chitosan Hydrogel Scaffolds without any Organic Solvents”的论文已在线发表在Biomaterials Science，周璐瑜硕士生为第一作者，博士生Hamed Ramezani为共同一作，贺永教授及傅建中教授为通讯作者。特别致谢武大化学学院蔡杰教授一些有益的讨论，也感谢蔡教授及张俐娜院士团队壳聚糖绿色利用方面杰出工作的启发。图1.高强度壳聚糖水凝胶墨水的配制和打印原理。图2.高强度壳聚糖水凝胶打印的工艺参数和打印的复杂结构。图3. 高强度壳聚糖水凝胶的力学性能。图4. 高强度壳聚糖水凝胶的生物相容性。图5. 打印的壳聚糖水凝胶支架进行皮肤修复论文地址： https://doi.org/10.1039/D0BM00896F; 个人分类: 论文|6138 次阅读|0 个评论

英国科学家奇思妙想开发新设备，将废弃的龙虾壳变成可回收的生物塑料制品: Bilman 2019-3-10 09:17; 皇家艺术学院和帝国理工学院的四位设计师开发了一系列的机器，将海鲜废料变成可生物降解和可回收的生物塑料。该项目名称为Shellworks，见证了Ed Jones、Insiya Jafferjee、Amir Afshar和Andrew Edwards将甲壳类动物的外壳转变成一种纸状材料，可以作为一次性塑料的可持续替代品。这种材料由醋和生物聚合物的混合物组成，称为几丁质（壳多糖，经过脱乙酰作用可得到壳聚糖） - 一种纤维物质，构成甲壳类动物的外骨骼和真菌的细胞壁。设计师可根据需要改变材料的刚度和柔韧性尽管几丁质是世界上第二丰富的生物聚合物，但甲壳素需要从其来源进行化学提取才能转化为实用材料。在意识到壳聚糖（甲壳素的商业版本）的购买价格以及可用提取工艺的耗时之后，设计师决定开发自己的方法。该组织说：“我们花了几周的时间尝试提取少量的壳聚糖，当我们意识到我们需要合适的工具时。”他们发明了五种制造机器，称为Shelly，Sheety，Vaccy，Dippy和Drippy，用于将甲壳类动物壳转化为不同的物体，确保在过程中不使用任何可能影响最终产品可再循环性的添加剂。该团队尝试生产五种制造机器第一台名为Shelly的机器是一种小型提取器，可以实现从海鲜废物中提取甲壳质的初始过程。“提取器的设计旨在完全控制工艺的每个参数，以便在材料的聚合物水平上进行进一步的实验，”设计师解释道。材料的不透明度可以根据制造的产品而改变其他四台机器中的每一台都利用生物塑料解决方案的特定属性来展示其潜力，从而产生不同的产品，例如抗菌泡罩包装，食品安全载体袋和自肥植物盆。例如，Sheety是一种蒸发片材成形器，它利用热和风将生物塑料溶液转变成平板材料。然后可以使用液体形式的生物塑料将它们胶合在一起。另一方面，Vaccy是一种蒸汽加热的真空成型机。生物塑料片材可以形成模塑包装，呈现放入真空成形器中的任何物体的形状。Dippy机器是加热的浸渍机，其包括附接到热源的两个固体金属元件，其浸入液体材料中并使其干燥，形成诸如杯子和容器的3D容器。使用Drippy水力循环机可将材料转变为液体该材料的多功能性还使设计者能够通过调整基础成分的比例来实现不同的材料特性。这意味着它们可以控制材料的刚度，柔韧性和光学清晰度，以及厚度。一旦干燥成其三种不同形式中的一种，该材料随后可以变回原始的生物塑料溶液，使其无限可回收。这可以使用Drippy水力循环机进行，该机器将水和醋的液体溶液滴入含有干燥生物塑料碎片的杯子中，逐渐将其转变成液体形式。或者，它可以作为天然的无污染肥料以液体形式倒在土壤上。该材料已被用于制造抗菌泡罩包装，食品安全的载体袋和自花植物盆该集团希望通过开发适合材料行为的自己的制造方法，生物塑料将更容易获得，因此被其他设计师更广泛地采用。这反过来将有助于实现更循环的经济。“通过设计可扩展的制造工艺，针对材料量身定制的应用以及生态积极的废物流，我们相信我们可以证明壳聚糖生物塑料如何成为我们今天使用的许多塑料产品的可行替代品，”他们说。在一个类似的项目中，智利设计师Margarita Talep使用从藻类中提取的原料，创造了一种可持续的，可生物降解的一次性包装替代品。 300余人已报名2019国际生物基材料技术与应用论坛，30位国内外知名专家及企业资深人士报告已就绪，欢迎在主页留言报名参与。负责人微信; 个人分类: 生物基|2769 次阅读|0 个评论

镁合金腐蚀研究进展(21)—Mg-4Li-1Ca表面MAO/壳聚糖自降解机理: rczeng 2018-3-8 09:43; 镁合金腐蚀研究进展(21)—Mg-4Li-1Ca表面微弧氧化膜/壳聚糖自降解机理调控医用镁合金腐蚀速率和微环境pH值面临巨大挑战。这是因为镁过快的降解速率与骨生长速率不相匹配。另外，腐蚀降解导致微环境的高碱性也不利于细胞生长。前人的工作和我们的工作表明，镁合金表面聚乳酸膜（PLLA）和壳聚糖（CS）能一定程度地提高镁合金的耐蚀性能和生物相容性。微弧阳极氧化膜（MAO）具有较高的硬度、与基体冶金结合和较好的耐蚀性。其多孔性也存在不足，长期浸泡后期可能反而加快基体腐蚀。但其多孔性也为高分子涂层提供更好的机械结合位点，有利于高分子涂层的结合。我们的前期研究表明，Mg-Li-Ca表面经冷冻干燥得到的多孔MAO/PLLA膜在Hank's溶液中浸泡140h后，pH值范围为7.3-7.8.这说明PLLA的水解和酸化可中和调节镁腐蚀降解的pH值到适宜细胞生长的微环境。但PLLA的膨胀腐蚀和剥落也带来了临床应用的风险。相比PLLA，CS降解速率慢，另具有抗菌功能。因此，CS改性开始受到关注。我们课题组利用层层组装（layer-by-layer assembly）CS/聚谷氨酸(poly-L-glutamic acid)，实现了提高镁合金耐蚀性和抗菌性能的目的。郑玉峰教授课题组及其他研究者发现CS的分子量和层数对镁基体耐蚀有影响，证实CS可降低溶液pH值。但未见有镁合金表面CS膜极性和降解机理的报道。本项工作发现，相对于镁合金基体，CS的自腐蚀电位更负，为阴极性。为此，我们提出了Mg-4Li-1Ca表面微弧氧化膜/壳聚糖自降解模型，并阐明其机理。此项研究发表在 Surface and Coating Technology (2018, 34: 1-11 )。题目为： Self-degradation of micro-arc oxidation/chitosan composite coating on Mg-4Li-1Ca alloy （可免费下载）。图 1 （a）MAO（b）MAO/CS-1,（C）MAO/CS-2,（d）MAO/CS-3 图2 极化曲线图3 电位-时间曲线图4 电化学阻抗 Abstract Regulating degradation rate and moderate pH micro-environment for biodegradable magnesium alloys face huge challenge. The chemical and morphological characteristics of micro-arc oxidation (MAO) and chitosan (CS) composite coatings, fabricated on Mg-4Li-1Ca alloy, are analyzed through field-emission scanning electronic microcopy, energy dispersive X-ray spectroscopy, X-ray diffraction and Fourier transform infrared spectroscopy. Corrosion resistance of the samples is evaluated via hydrogen evolution, potentiodynamic polarization and electrochemical impedance spectroscopy in Hank's solution. Results indicated that the MAO and CS coating enhances the corrosion resistance and antibacterial growth activity. With increasing immersion time, the degradation of the MAO/CS coatings gives rise to a decrease in pH value and leads to a rapid increase in hydrogen evolution rate after an immersion in Hank's solution after 100 h. The MAO/CS coatings retain the solution pH at a moderate level (≤8.25). A novel self-degradation mechanism of the MAO/CS coating on Mg-Li-Ca alloy is proposed due to the fact that MAO/CS coating is cathodic relative to the substrate. 链接：曾荣昌发表论文目录（Rong-Chang Zeng's Publications）(2000-); 个人分类: 科研进展|3434 次阅读|0 个评论

壳聚糖纤维产业化指日可待: nanyq 2011-7-31 22:58; 餐桌上的虾皮蟹壳可以织成漂亮的服装，这不是痴人说梦。不仅如此，今后航天材料、包扎伤口的绷带、手术缝合线、防辐射的防护服等，其原料都可能来自虾皮蟹壳。作为生物质再生多糖纤维的重要品种，源自广阔海洋的壳聚糖纤维由于资源丰富、功能优越、产品可再生可降解等特点，被越来越多的领域所关注。国内经过长时间的研究应用，已经形成了200吨/年的中试生产线并顺利投入生产，并有企业正在加快建设2000吨/年的纤维生产线，壳聚糖纤维产业化指日可待。壳聚糖纤维天然具备五大功能无毒、防霉、抗菌、阻燃、抗静电，壳聚糖纤维是少有的、同时天然具备这五大功能的纤维品种。生产壳聚糖纤维的主要原料壳聚糖是甲壳素脱乙酰基后的产物。甲壳素又名甲壳质、几丁质，主要存在于虾、蟹、昆虫外壳及菌类、藻类植物的细胞壁中。全球每年由生物合成的甲壳素多达百亿吨，可提取壳聚糖数十亿吨，是产量仅次于纤维素的天然高分子化合物。甲壳素也是地球上除蛋白质外数量最大的含氮天然有机化合物。遗憾的是，尽管自然界存在大量的甲壳素，但估计目前全世界每年可获得的甲壳素只有15万吨，真正能生成出来的估计不过数万吨。而据专家掌握的数据显示，目前全世界生产使用的甲壳素还没有超过1万吨，主要用于医药、化妆品、保健品、食品添加剂等。国外对壳聚糖纤维的研究较早，始于上世纪初期。早在1926年，丹麦Knwike就首先纺制成甲壳素纤维。20世纪60年代末，日本富士纺公司的研究人员对甲壳素进行了系统研究，发现这些天然材料来源广泛且安全无毒性，特别适合制作绷带类产品，能加速伤口愈合。它们还通过动物试验证明，这种新型材料对由细菌引起的感染，具有比普通抗菌素相同或更好的疗效。 1980年，日本美羽化学工业公司率先试制了壳聚糖纤维。20世纪90年代初期，日本最先利用壳聚糖纤维的特性，制成与棉混纺的抗菌防臭类内衣和裤袜，深受消费者青睐。其后，日本织物加工公司与旭化成纺织品公司合作，通过对接触皮肤的一侧加涂甲壳素涂层，开发了既能吸汗又能防水透湿的材料。日本富士纺织公司则开发了一种适合婴儿服面料的高湿模量粘胶纤维。这种纤维在制造过程中加入了具有保湿抗菌成分的甲壳素，可抑制微生物的繁殖，对皮肤过敏者有预防效果。此外，1999年韩国甲壳素公司也建立了壳聚糖纤维试验生产线。不过，这些国家和公司的壳聚糖纤维，由于种种原因目前都没有实现批量生产，反而向我国寻求相关产品。这恰恰为中国壳聚糖纤维产业的发展腾出了空间。国内已形成200吨/年生产线与国外相比，中国开发研制甲壳素纺织品的工作起步较晚。我国从20世纪50年代开始甲壳素及衍生物的制备研究，但进展较为缓慢。最初将壳聚糖作为涂料印花成膜剂，后又用作无甲醛织物的整理剂和粘合剂。而利用壳聚糖的优良生物医学特性，将其作为医用材料进行研究则是从上世纪90年代初开始的。 20世纪90年代是我国甲壳素、壳聚糖研究和开发的全盛时期，到90年代中期，全国有上百家大专院校和科研单位投入到甲壳素的研究和开发中来。1991年，东华大学研制成功甲壳素医用缝合线，接着又研制成功甲壳胺医用敷料（人造皮肤）并已申请专利。1999年～2000年，东华大学研制开发了甲壳素系列混纺纱线和织物并制成各种保健内衣、裤袜和婴儿用品。2000年在山东潍坊，世界第一家量产纯甲壳素纤维的韩国独资企业投入生产，月产3吨。除上海之外，北京、江苏、浙江等省市的有关厂家也开发了甲壳素保健内衣或床上用品，并已推向市场。其中最具代表性的，是山东华兴集团通过自主研发，形成了拥有自主知识产权的200吨/年甲壳素纤维生产线，并打通了下游产业链，实现了产品多元化、系列化应用。海斯摩尔（Hismer）是华兴壳聚糖纤维的商品名，寓意健康元素（Health mol）。华兴集团董事长胡广敏告诉记者，华兴集团对纺织化纤行业多年高速发展后必然转型升级的状况，有着清醒的认识。为此，公司早作谋划，“靠水吃水”，将目光瞄准山东丰富的海洋资源，从2006年开始试验甲壳素纤维的纺制。最终，企业使用乙酸和氢氧化钠作为溶剂，全程无毒纺丝，获得了国家发明专利。在纺丝液制备的各工序里，山东华兴采用真空溶解、离心脱泡等先进工艺；在纺丝和后处理过程中，采用超声波、微波等处理工艺，改善了纤维的性能。华兴甲壳素纤维的干断裂强度达1.5～1.8CN/dtex，干断裂伸长率≥14%，线密度偏差率≤±5%，具有优良的可纺性能，可与棉、麻、莫代尔、粘胶，羊毛、羊绒等混纺，做成各种高档功能性纺织品面料；也可与医用粘胶、涤纶等做成高档医卫防护材料。应用集中在三大领域目前，壳聚糖纤维主要应用于工业、医用和纺织品三大领域，是一种具有高技术含量和高附加值的新型纤维材料。在工业领域，航空航天由于关系国防安全和体现国家综合实力，无疑最受人关注。甲壳素纤维应用在航天领域已经取得了可喜成绩——华兴集团生产的特种壳聚糖纤维布，已被用在“天宫一号”、“神舟八号”上，并被确定为“中国航天专用产品”，山东华兴集团已成为“中国航天事业合作伙伴”。此外，壳聚糖纤维还可做放射物质的屏障用布、从事核工业人员的劳动防护用品，可推广做烟草工业的烟草过滤嘴材料，做净水器和特别用途的空气过滤器材料，也可以做特殊污染的防止布等。在纺织服装领域，壳聚糖纤维吸湿排汗、抗静电、抑菌防霉等功能性，使其特别适合作床上用品、内衣、袜子、毛巾等直接接触皮肤的产品。据胡广敏介绍，华兴集团在纺织这一领域已拥有1000多种产品，并拥有“海慈蜜语”这一养生内衣品牌，已在全国开设几十上百家品牌店，市场反映良好。在最能体现壳聚糖纤维良好生物特性的医疗卫生领域，应用情况也有所进展但还难以令人满意。多年从事医用新材料研究的广东百合医疗科技有限公司副总经理王晓东就向记者谈到，首先医疗卫生行业监管严格，对动物源产品信任度较低，人们（监管机构）对它的安全性、有效性和稳定性没有完全认可。比如人们对壳聚糖纤维医用敷料的关注已有十几年，但目前还没有一个成熟的产品进入敷料主流市场，这类敷料基本仍被归为三类医疗器械。其次，成本是制约扩大应用的一个重要因素。一块巴掌大的甲壳素纤维医用敷料，需要40元甚至更高价格，但并不包含在医疗保险范围，以普通人的经济实力很难承受得起。此外，他认为纤维的相关性能同样需要提高。胡广敏也认为，工程化、工业化是科技成果应用的关键，如此才能迅速降低成本，扩大纤维应用范围。为此，华兴集团在已拥有先进的自主技术的基础上，开始向规模化进军，2000吨/年的纯壳聚糖纤维自动化生产线目前正在加紧建设，预计今年国庆节前后建成。届时其生产规模将达到世界首位，产品质量也将获得更大提升，生产成本得以进一步降低。技术领先—规模做大—品牌垄断，是华兴发展壳聚糖纤维产品的三大步骤。用低粘度原料生产高强度纤维虽然甲壳素纤维规模化趋势喜人，产业化更是指日可待，但业内目前普遍有一种担心，就是原料问题。一些人士认为，尤其是甲壳素纤维产能达到千吨级甚至万吨级，原料瓶颈就会显得非常突出。天津中盛生物工程有限公司总经理周新民在壳聚糖原料行业研究了10多年，他对原料瓶颈的形成有着自己的看法。目前，国内生产的壳聚糖大部分是以虾、蟹壳为原料，每年纺织用壳聚糖纤维原料不足500吨，因受工艺技术、市场拉动等条件影响，尚处于产能低、产业化程度低的阶段。受壳聚糖纤维技术指标要求的影响，现阶段壳聚糖的生产多选用雪蟹壳为原料，因没有解决关键技术与工艺，妨碍了原料的多元化。来源：中国纺织报; 2891 次阅读|0 个评论

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