[发明专利]基于TEMPO/漆酶/O2

说明书

本发明公开了一种基于TEMPO/漆酶/O₂氧化体系制备细菌纤维素纳米纤维的方法。所述方法采用硫酸铜为助催化剂，酸解细菌纤维素，有效调控BCN结构，再引入TEMPO/漆酶/O₂氧化体系对细菌纤维素进行改性，获得具有高羧基含量的氧化BCN。本发明以硫酸铜为助催化剂，优化酸解体系制得具有高长径比的BCN材料，再利用TEMPO/漆酶/O₂氧化体系在BCN表面引入大量的羧基基团，相比传统氧化体系，绿色环保且副产物少，氧化率高。

技术领域

本发明属于生物材料的改性技术领域，涉及一种基于TEMPO/漆酶/O₂氧化体系制备细菌纤维素纳米纤维的方法。

背景技术

细菌纤维素纳米纤维(BCN)具有低密度、高表面积、高机械性能和高分散性，可 以作为优异的增强材料。BCN通过水解或氧化纤维素生产，制得的纳米晶体具有不同 的尺寸和表面官能团。BCN的高纵横比和大表面积确保了其在非常低的添加含量下也 可以发挥较好的增强作用，在吸附材料、药物输送以及生物支架中的具有应用价值。

纤维素氧化反应不仅可以改变纤维素的结构，同时给予氧化后的纤维素许多新的物 理和化学特性，极大地拓展了纤维素材料的应用范围。利用氧化后纤维素中的醛基、羧基等具有反应活性基团，一方面可将纤维素与其他基团反应进而对纤维素进行功能改 性；另一方面可将氧化纤维素与其他功能材料复合，形成同时具有生物活性与功能化的 复合材料。

2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO)是一种哌啶类氮氧自由基，具有捕获自由基、猝 灭单线态氧和选择性氧化等功能。研究表明，含TEMPO的氧化体系对伯羟基的选择性高，反应条件温和且反应过程简单，能够对多糖类高分子进行选择性氧化。传统的 TEMPO催化氧化方法一般选用次氯酸钠(NaClO)作为氧化剂，溴化钠(NaBr)作为氧化助 剂，氧化产物中残留有大量的卤离子，并且需要在较强的碱性环境下进行(pH10-11)，应 用受限(Tanaka R,Satio T,Isogai A.Cellulose nanofibrils prepared from softwoodcellulose by TEMPO/NaClO/NaClO₂ systems in water at pH 4.8or 6.8[J].International Journal of Biological Macromolecules,2012,51:228-234)。

发明内容

针对现有纳米纤维的TEMPO催化氧化方法反应条件苛刻，且残余大量卤离子的问题，本发明提供一种氧化条件温和、氧化效率高的基于TEMPO/漆酶/O₂氧化体系制备 细菌纤维素纳米纤维的方法。该方法采用硫酸铜为助催化剂，酸解细菌纤维素，有效调 控BCN结构，再引入TEMPO/漆酶/O₂氧化体系对细菌纤维素进行改性，获得具有高羧 基含量的氧化BCN。

本发明的技术方案如下：

基于TEMPO/漆酶/O₂氧化体系制备细菌纤维素纳米纤维的方法，具体步骤如下：

步骤1，按硫酸铜与细菌纤维素的质量比为0.04～0.1:1，将硫酸铜溶于50wt％的硫 酸溶液中，形成硫酸铜溶液，加入细菌纤维素，65±5℃下水解，水解完全后，加入NaOH溶液中和，离心，洗涤至中性得到细菌纤维素纳米纤维；

步骤2，TEMPO/漆酶/O₂氧化BCN：

将细菌纤维素纳米纤维搅拌分散在pH＝4.5的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液中，加入 TEMPO，通入氧气，加入漆酶，TEMPO浓度为30～70mM，漆酶的浓度为4～5UmL^-1， 在60～70℃下进行氧化反应，反应完全后，乙醇和水依次洗涤至中性，得到氧化细菌纤 维素纳米纤维。