生物聚合物接枝应用

Biopolymer Grafting Application

作者：Vijay Kumar Thakur

出版社：Elsevier

索书号：Q71/B615t /2018/Y

ISBN：9780128104620

藏书地点：武大外教中心

生物聚合物是可生物降解的无细胞毒性大分子，可大致分为天然聚合物或合成驱动聚合物。生物聚合物包含共价键形成较大结构的单体单元。根据所使用的单体单元和所形成的生物聚合物的结构，生物聚合物分为三大类：多核苷酸、多肽和多糖。更具体地说，多核苷酸（例如RNA和DNA）是由13个或更多核苷酸组成的长聚合物单体。多肽或蛋白质是氨基酸的短聚合物，主要例子包括胶原蛋白，肌动蛋白和纤维蛋白。最后一类，多糖，通常是线性键合的聚合碳水化合物结构，一些例子包括纤维素和藻酸盐。生物聚合物的其他例子包括橡胶、木栓质、黑色素和木质素。生物聚合物和合成聚合物之间的主要区别在于结构。所有聚合物均由称为单体的重复单元制成。生物聚合物通常具有定义明确的结构，尽管这不是定义特征。对于蛋白质，确切的化学组成和排列这些单元的顺序称为一级结构。许多生物聚合物自发地折叠成特征紧凑的形状，它们决定了它们的生物学功能，并以复杂的方式依赖于它们的主要结构。结构生物学是对生物聚合物结构特性的研究。相反，大多数合成聚合物具有更简单，更随机的结构。这一事实导致生物聚合物中缺少分子量分布。实际上，由于在大多数体内系统中，它们的合成受模板指导控制，所以所有类型的生物聚合物（例如一种特定的蛋白质）都是相同的：它们都包含相似的序列和数量的单体，因此都具有相同的质量。

接枝共聚物(Graft copolymer)是指聚合物主链的某些原子上接有与主链化学结构不同的聚合物链段侧链的一种共聚物，称为接枝共聚物，如接枝氯丁橡胶、高抗冲聚苯乙烯HIPS。共聚物的性能决定于主链和支链的组成，结构，长度以及支链数。长支链的接枝物类似共混物，支链短而多大接枝物则类似无规共聚物。通过共聚，可将两种性质不同的聚合物接枝在一起，形成性能特殊的接枝物。因此，聚合物的接枝改性，已成为扩大聚合物应用领域，改善高分子材料性能的一种简单又行之有效的方法。

生物聚合物目前在药物递送应用中的需求量很大，但天然聚合物受到一些限制。例如，天然聚合物容易受到微生物污染、粘度下降和水化失控，而合成聚合物的抗剪切性能较差。嫁接可能是克服这些限制的重要方法。用合适的单体/聚合物/肽进一步接枝在这些生物聚合物上，增强了其在靶向和受控药物递送领域的效用。不同的接枝剂以不同的、所需的方式改变天然生物聚合物的性质。与聚-N-异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺 (AAm)、RGD 肽、聚（甲基丙烯酸 2-羟乙酯）（HEMA）和叶酸接枝可诱导 pH 和温度响应特性、控制药物释放、靶向肺癌、还有结肠和叶酸受体的分别靶向。生物聚合物接枝领域在靶向给药系统的未来发展非常令人鼓舞，因此需要更多的探索。

天然多糖是自然界中丰富的聚合碳水化合物，包括动物、植物和海洋来源。它们包含通过糖苷键与各个分支连接在一起的重复单元。多糖已被证明广泛用于食品、制药和工业领域，如以及更多多样化的领域。由于它们的可用性、无毒和低成本，它们优于合成聚合物，尽管它们具有某些缺点，如热敏性、容易受到微生物污染、储存期间粘度降低以及对高压力条件敏感。为了克服这些缺点，各种修饰方法引起了人们的注意，例如醚化、交联、官能团的衍生化，以及移植使用化学、辐射、光化学、等离子体诱导和酶促方法进行共聚。接枝共聚被认为是上述方法中最有保证的提议，因为树胶的衍生化只有有限的属性；特别是，由于官能团的连接较少，无法实现分子量的增加。此外，新官能团的引入改变了分子上的电荷、分子链的聚集状态、亲水-疏水能力、形成复合物的能力、对刺激做出反应的能力和树胶的流变行为，因此发现树胶的应用领域有所增加。

纤维素是构成植物细胞壁大部分的物质，由于主链上有许多羟基，尽管纤维素具有高度亲水性，但它实际上不溶于普通有机溶剂和水中。这种特性导致尺寸稳定性差、缺乏热塑性和抗微生物性能。纤维素聚合物的表面特性可以通过将合成聚合物链接枝到表面上来控制、改进和/或改性。接枝侧链本质上是亲水的，并且是阳离子、阴离子或非离子的。它们可以通过直接接枝丙烯酸等单体，或通过接枝丙烯腈等单体并水解成丙烯酸及其盐来制备。所得材料可用于某些医学目的，例如受控药物递送、消除某些疾病中观察到的真性皮炎的体内水分、个人卫生用品、血小板粘附和组织支架。

《生物聚合物接枝应用》一书于2018年由Elsevier出版社出版，作者是Vijay Kumar Thakur。本书作为研究生物聚合物接枝的专业书记，通过详实的实际案例展示了这些方法在工业中实际应用的最新研究和发展。随着生物领域的不断发展，生物基聚合物的研究变得越来越普遍，然而，与合成聚合物相比，生物聚合物的一些特性面临挑战，例如它们的耐化学品性或耐候性、吸收率尚未显着增加。因此，通过接枝共聚改进生物聚合物的表面改性非常重要，因为它们将拓宽其应用范围。应用这些方法的相关行业包括汽车、建筑、食品、包装、农业、纺织和造纸。在本书的最后，作者讨论了未来工作的优点、缺点和建议，帮助材料科学家和研究人员通过增值来规划这些新的“绿色”材料的未来，以提高它们的使用。除此之外本书还有以下特点：

1、本书不仅介绍了聚合物接枝的基础知识，还详细介绍了研究方法和技术，并结合具体实例的应用，使读者能够更加全面的了解接枝技术的应用领域。

2、索引文献丰富，证明了这本书的知识性，真实性。而且，这些索引文献绝大部分都是最新研究，让读者全面了解该领域的前沿进展。

3、在本书的最后，将出现的专业词汇都罗列出来，大大方便了大家在阅读过程中对聚合物接枝的专业术语的认知。

4、本书最鲜明的特点就是语言浅显易懂，对于初学者有很大的帮助。

本书目录

1. 接枝共聚的应用：一种革命性的方法

2. 羟基磷灰石接枝生物医学应用

3. 将亲水单体接枝到纤维素聚合物上用于医疗应用

4. 通过等离子体辅助表面接枝和等离子体诱导接枝聚合的生物聚合物表面功能化——生物医学应用材料

5. 聚丙烯酰胺接枝黄蓍胶（GT-g-PAM）可编程水溶性胶粘剂的合成与应用

6. 生物聚合物和合成聚合物的辐射嫁接：合成和生物医学应用

7. 衍生壳聚糖：应用基础

8. 接枝共聚壳聚糖及其作为绿色生物聚合物的应用

9. 移植到生物聚合物上：在靶向药物递送中的应用

10. 将纤维蛋白嫁接到羊毛纤维上：最新进展和应用

11. 高性能木材的嫁接改性

12. 接枝生物复合材料的加工和表征：综述

兰天 武汉大学生命科学学院 博士研究生