JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
化学

نحو Biomimicking الخشب: أفلام التجهيز الحرة الدائمة للNanocellulose، اللجنين، وPolycation الاصطناعية

Published: June 17, 2014
doi:
10.3791/51257
, , ,
1Institute for Critical Technology and Applied Science,Virginia Tech, 2Macromolecules and Interfaces Institute,Virginia Tech, 3Institute for Food Safety and Health,Illinois Institute of Technology- Moffett Campus, 4Wood, Cellulose, and Paper Research Department,University of Guadalajara, 5Department of Sustainable Biomaterials,Virginia Tech, 6Sustainable Nanotechnology Interdisciplinary Graduate Education Program,Virginia Tech

Summary

كان الهدف من هذا البحث لتشكيل النبات الاصطناعية الأنسجة جدار الخلية باستخدام طبقة تلو طبقة التجمع من الألياف واللجنين nanocellulose معزولة تجميعها من تعليق مائي مخفف. واستخدمت تقنيات قياس سطح توازن دقيق الكريستال الكوارتز ومجهر القوة الذرية لمراقبة تشكيل المواد بمركب متناهي في الصغر البوليمر البوليمر.

Abstract

وتتكون المواد الخشبية لجدران الخلايا النباتية التي تحتوي على جدار الخلية الثانوية الطبقات تتكون من البوليمرات الهيكلية من السكريات واللجنين. تم استخدام طبقة تلو طبقة (LBL) عملية التجميع التي تعتمد على تجميع جزيئات مشحونة معاكس من المحاليل المائية لبناء قائما بذاته فيلم مركب من الخشب البوليمرات معزولة من اللجنين وأكسدة nanofibril السليلوز (NFC). لتسهيل تجميع هذه البوليمرات سالبة الشحنة، ومتضاعف الكتروليتي موجبة الشحنة، وبولي (كلوريد diallyldimethylammomium) (PDDA)، وكان يستخدم كطبقة ربط لإنشاء هذا النموذج جدار الخلية مبسطة. تمت دراسة عملية الامتزاز الطبقات كميا باستخدام الكوارتز الكريستال توازن دقيق مع رصد تبديد (QCM-D) وellipsometry. أظهرت النتائج أن طبقة الشامل / سمك في طبقة كثف زيادة بوصفها وظيفة من عدد من الطبقات. وقد درس تغطية سطح طبقات كثف مع القوة الذرية المجهر (AFM).تم العثور على تغطية كاملة من السطح مع اللجنين في جميع دورات ترسب للنظام، ومع ذلك، وزيادة التغطية السطحية عن طريق NFC مع عدد من الطبقات. وقد أجريت عملية الامتزاز من 250 دورات (500 طبقات ثنائية) على خلات السليلوز (CA) الركيزة. تم الحصول على شفافية LBL تجميعها الأفلام بمركب متناهي في الصغر قائمة بذاتها عندما تم حل الركيزة CA في وقت لاحق في الأسيتون. وأظهر المسح المجهر الإلكتروني (SEM) من كسر المقاطع العرضية بنية رقائقي، وقدرت سماكة في دورة الامتزاز (PDDA-اللجنين-PDDA-NC) ليكون 17 نانومتر لنوعين اللجنين المختلفة المستخدمة في الدراسة. تشير البيانات فيلم مع العمارة رقابة شديدة حيث تترسب nanocellulose واللجنين مكانيا على مقياس النانو (أ nanocomposites والبوليمر البوليمر)، على غرار ما لوحظ في جدار الخلية الأم.

Introduction

هناك اهتمام كبير لاستخلاص المواد الكيميائية والوقود إضافية من الكتلة الحيوية، والكربون المحتبس من النباتات خلال عملية التمثيل الضوئي هو جزء من CO 2 دورة الحالية. غالبية الكربون المحتجز (42-44٪) في شكل السيلولوز، بوليمر يتألف من وحدات β غلوكوبيرانوز 1-4 المرتبطة؛ عندما تحلل والجلوكوز يمكن أن تستخدم المتفاعلة الأولية للتخمير إلى وقود الكحول القائمة. ومع ذلك، فقد تطورت العمارة جدار الخلية من النباتات الخشبية لآلاف السنين خلق المواد التي هي مقاومة للتدهور في البيئة الطبيعية 1. هذا الاستقرار يحمل أكثر في المعالجة الصناعية للمواد الخشبية مثل محاصيل الطاقة مما يجعل السليلوز يصعب الوصول إليها، وعزل، والانهيار إلى جلوكوز. نظرة فاحصة على التركيب الدقيق لجدار الخلية الثانوية يكشف أنه هو البوليمر بمركب متناهي في الصغر تتكون من الطبقات microfibrils على paracrystalline السليلوز مضمن في مصفوفة غير متبلور من اللجنين وتنحنحicelluloses 2-4. وسيليلوز microfibrils الموجهة طوليا ويبلغ قطرها حوالي 2-5 نانومتر، والتي يتم تجميعها معا مع غيرها من السكريات مغاير لتشكيل وحدات أكبر من حزم ليفية 5. هي جزء لا يتجزأ من حزم ليفية في مجمع اللجنين-هيميسيلولوز تتألف من البوليمر غير متبلور وحدات phenylpropanol مع بعض الروابط الأخرى مغاير السكريات مثل glucoronoxylan 4. علاوة على ذلك، يتم تنظيم هذا الهيكل الى مزيد من طبقات أو صفاحات، في جميع أنحاء lignified جدار الخلية الثانوي 6-8. الإنزيمات، مثل السليلوزات، لديها الوقت الصعب جدا الحصول على السليلوز داخل جدار الخلية كما انها وجدت في شكل ليفية، وجزءا لا يتجزأ من اللجنين. جوهر صنع الوقود حقا biobased ومنصات الكيميائية المتجددة واقعا هو تطوير العمليات التي تسمح اقتصاديا تسكر من السليلوز في شكله الأصلي.

التقنيات الكيميائية والتصوير الجديدة والمساعدة في الحادي وudy من الآليات التي تشارك في تسكر من السليلوز 9،10. وتركز الكثير من العمل على رامان متحد البؤر التصوير 11 و القوة الذرية المجهري 12 لدراسة التركيب الكيميائي جدار الخلية ومورفولوجيا. أن تكون قادرة على تتابع عن كثب آليات إزالة اللجنين وتسكر هو خطوة هامة إلى الأمام، مما يؤثر على تحويل السليلوز إلى جلوكوز. تم تحليل تسكر من طراز الأسطح السليلوز عن طريق قياس معدلات الحركية الانزيم مع توازن دقيق الكوارتز الكريستال مع رصد تبديد (QCM-D) 13. ومع ذلك، جدران الخلايا الأم هي معقدة للغاية كما هو مبين أعلاه، وهذا يخلق الغموض عن كيفية تغيير عمليات التحويل المختلفة هيكل جدار الخلية النباتية (بوليمر الوزن الجزيئي، الروابط الكيميائية، المسامية). إن النماذج خالية من مكانة المواد جدار الخلية مع التركيب الهيكلي المعروفة معالجة هذا القلق، والسماح للتكامل العينات في دولة من الفن الكيميائية وimagiالمعدات نانوغرام.

هناك ندرة في النماذج جدار الخلية والقليلة المتوفرة يمكن تصنيفها على أنها مزيج من مواد البوليمر ومجدد السليلوز أو السليلوز البكتيرية 14، بلمرة إنزيمي-اللجنين السكاريد المركبة 15-17، 18-21 نموذج أو الأسطح. بعض النماذج التي تبدأ تشبه جدار الخلية هي عينات التي تحتوي على السلائف اللجنين أو النظير بلمرة إنزيمي في وجود السليلوز في شكله microfibrillar. ومع ذلك، وهذه المواد يعانون من عدم وجود طبقة بنية المنظمة. والطريق بسيطة لإنشاء المواد بمركب متناهي في الصغر مع بنية المنظمة هو (LBL) تقنية التجميع طبقة تلو طبقة، استنادا إلى امتزاز متتابعة من البوليمرات أو النانوية مع رسوم تكميلية أو المجموعات الوظيفية لتشكيل مركب متعدد الطبقات الأفلام نظمت 22-25. nanocomposites والهجين خالية من مكانة عالية القوة، التي أدلى بها LBL ترسب البوليمر وغnoparticles، تم الإبلاغ من قبل كوتوف وآخرون. 26-30. من بين العديد من التطبيقات الأخرى، كما تم التحقيق أفلام LBL للاستخدام إمكاناتها في تسليم العلاجية 31، أغشية خلايا الوقود 32،33، 34 البطاريات، واللجنوسليلوزية سطح الألياف التعديل 35-37. وقد أدت المواد المركبة لمصلحة الأخيرة في السليلوز النانو تستند إلى إعداد وتوصيف متعددة الطبقات LBL من البلورات النانوية السليلوز (CNC) من خلال التحلل حامض الكبريتيك من ألياف السليلوز، وpolyelectrolytes موجبة الشحنة 38-43 مستعدا. كما تم إجراء دراسات مماثلة مع البلورات النانوية السليلوز تم الحصول عليها من تونيسين البحرية وpolyelectrolytes الموجبة 44، باستخدام الحاسب الآلي وxyloglucan 45، والتصنيع باستخدام الحاسب الآلي والشيتوزان 46. وقد تم تشكيل LBL متعدد الطبقات من سليولوزات carboxylated nanofibrillated (NFCs)، التي حصلت عليها التجانس الضغط العالي من الألياف اللب مع polyelectrolytes الموجبة أيضادرس 47-49. وقد تم استعراض إعداد والخصائص، وتطبيق CNCs والسليلوز nanofibrillated بالتفصيل 50-53.

ينطوي على الدراسة دراسة تقنية LBL كوسيلة محتملة لتجميع البوليمرات اللجنوسليلوزية معزولة (مثل nanocellulose واللجنين) بطريقة أمر كخطوة أولى نحو مركب اللجنوسليلوزية بيوميمتيك مع هيكل رقائقي. وقد تم اختيار هذه التقنية LBL لظروف التصنيع حميدة لها مثل درجة الحرارة المحيطة، والضغط، والماء كمذيب، والتي هي شروط لتشكيل مركب الطبيعية 54. في هذه الدراسة أننا تقريرا عن متعدد الطبقات تراكم مكونات الخشب التأسيسية، وهي سيليلوز microfibrils من tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO) الأكسدة بوساطة من اللب واللجنين معزولة في الأفلام رقائقي قائمة بذاتها. وتستخدم اثنين يغنينس مختلفة من تقنيات الاستخراج مختلفة، واحدة في اللجنين التقنية من سrganosolv عملية فصل الألياف، والآخر اللجنين معزولة عن الكرة طحن مع أقل التعديل خلال العزلة. يتم الجمع بين هذه المركبات مع متضاعف الكتروليتي الاصطناعية في هذه الدراسة الأولية لإثبات جدوى صنع الأفلام مستقرة قائمة بذاتها مع بنية مماثلة لجدار الخلية الأم.

Protocol

1. Nanofibrillated السليلوز إعداد 55 إعداد 3 L ثلاث رقبات قارورة مع 2 لتر ماء منزوع الأيونات، وهو النمام النفقات العامة، ودرجة الحموضة التحقيق. إضافة delignified كرافت اللب، 88٪ سطوع (20 غرام، 1٪ (ث / ت، ع?…

Representative Results

QCM-D تحليل منظم وودي تصنيع البوليمرات السينمائي الامتزاز LBL من اللجنين، تم رصد NFC وPDDA في الوقت الحقيقي مع QCM-D في اثنين من تجارب مختلفة تنطوي على نوعين من يغنينس. هذا الأسلوب تحليل حساس جدا للكشف عن تغيرات في وتيرة عندما كثف الجزيئات ع?…

Discussion

تلفيق Nanocellulose

لnanocellulose تلفيق أكسدة ناجحة من الألياف اللب هو ضروري لالرجفان السهل. يتم التحكم بواسطة الأكسدة المتوفرة هيبوكلوريت الصوديوم، والذي ينبغي أن يضاف ببطء في كميات معروفة على أساس كمية من السليلوز. سبب واحد للأكسدة محدودة …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

وأيد هذا العمل في المقام الأول من قبل برنامج الدكتوراه الباحث في معهد تكنولوجيا الحرجة والعلوم التطبيقية (ICTAS) في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا، وكلية جامعة فرجينيا للتكنولوجيا العليا لدعم برنامج تقنية النانو المستدامة، وأيضا وزارة الزراعة في الولايات المتحدة، عدد المنح NIFA 2010-65504-20429. أشكر الكتاب أيضا مساهمات ريك كوديل، ستيفن مكارتني، جورج وكنيسة ترافيس لهذا العمل.

Materials

sulfate pulp Weyerhaeuser  donated brightness level of 88%
organosolv lignin Sigma Aldrich 371017 discontinued
hardwood milled wood lignin see reference in paper
polydiallyldimethylammonium chloride  Sigma Aldrich 409022 Mn = 7.2×10^4, Mw=2.4×10^5
2,2,6,6-Tetramethylpiperidine 1-oxyl (TEMPO)  Sigma Aldrich 214000 catalytic oxidation of primary alcohols to aldehydes with a purity of 98%, molecular weight is 156.25g/mol
sodium bromide Sigma Aldrich S4547 purity ≥99.0%, molecular weight 102.89
sodium hypochlorite Sigma Aldrich 425044 reagent grade, available chlorine 10~15%, molecular weight 74.44g/mol
sodium hydroxide VWR BDH7221-4 0.5N aqueous solution, density 1.02g/ml, molecular weight 40 g/mol
sodium hydroxide Acros Organics AC12419-0010 0.1N aquesous solution, specific gravity 1.0 g/ml, molecular weight 40 g/mol
ammonium hydroxide Acros Organics AC39003-0025 25% solution in water, pH 13.6, density 0.89, molecular weight 35.04 g/mol
hydrogen peroxide Fisher Scientific H325-100 30.0~32.0% certified ACS, pH 3.3, density 1.11
Mica sheets TED Pella NC9655733 Pelco, grade V5, 10×40mm, 23mm T, minimum air and bubbles, very clean
sulfuric acid Fisher Scientific A300-212 95.0~98.0 w/w%, certified ACS plus, molecular weight 98.08 g/mol
cellulose acetate McMaster Carr 8564K44 degree of substitution 2.5
ethanol Decon Laboratories 04-355-223 200 proof (100%), USP
acetone Fisher Scientific A18-4 purity ≥99.5%, certified ACS reagent grade, density 0.79 g/ml, molecular weight 58.08 g/mol
syringy pump Harvard Apparatus 552226 pump 22 infusion/withdraw with standard syringe holder, flow rate 0.002 ul/h~55.1ml/min
Mill-Q water purification system EMD Millipore D3-UV Direct-Q, UV, water conductivity 18.5 MΩ cm with 20 liter reservair
pH meter Mettler Toledo SeverMulti
balance Mettler Toledo AB135-S accuracy 0.1mg
atomic force microscope Asylum Research MFP-3D, Olympic fluorescent microscope stage
ellipsometer Beaglehole Instruments
fiber centrifuge unknown basket style centrifuge
Warring blender Warring Commercial
ultrasonic processor Sonics Sonics 750W, sound enclosure
Quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D) Q-Sense Inc.  E4 measure fundamental frequency of 5MHz, and monitor odd number overtones/harmonics from 3~13, use gold-coated piezoelectric quartz crystals
automatted dipper arm Lynxmotion
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Fratzl, P., et al. On the role of interface polymers for the mechanics of natural polymeric composites. Phys. Chem. Chem. Phys. 6, 5575-5579 (2004).
  2. Terashima, N., Fukushima, K., He, L. F., Takabe, K. Forage cell wall structure and digestibity. American Society of Agronomy. , 247-270 (1993).
  3. Himmel, M. E., et al. Biomass Recalcitrance: Engineering Plants and Enzymes for Biofuels Production. Science. 315, 804-807 (2007).
  4. Terashima, N., et al. Nanostructural assembly of cellulose, hemicellulose, and lignin in the middle layer of secondary wall of ginkgo tracheid. J. Wood. Sci. 55, 409-416 (2009).
  5. Fahlén, J., Salmén, L. Pore and Matrix Distribution in the Fiber Wall Revealed by Atomic Force Microscopy and Image Analysis. Biomacromolecules. 6, 433-438 (2005).
  6. Baer, E., et al. Biological and synthetic hierarchical composites. Phys. Today. 45, 60-67 (1992).
  7. Tirrell, D. A., Aksay, I., Baer, E., Calvert, P. D., Cappello, J., Dimarzio, E. A., Evans, E. A., Fessler, J. Hierarchical structures in biology as a guide for new materials technology. National Academy of Sciences. , (1994).
  8. Fengel, D., Wegener, G. . Wood: Chemistry, Ultrastructure, Reactions. , (1984).
  9. Santa-Maria, M., Jeoh, T. Molecular-Scale Investigations of Cellulose Microstructure during Enzymatic Hydrolysis. Biomacromolecules. 11, 2000-2007 (2010).
  10. Saar, B. G., et al. Label-free, real-time monitoring of biomass processing with stimulated Raman scattering microscopy. Angew. Chem. Int. Edit. 49, 5476-5479 (2010).
  11. Schmidt, M., et al. Label-free in situ imaging of lignification in the cell wall of low lignin transgenic Populus trichocarpa. Planta. 230, 589-597 (2009).
  12. Ding, S. -. Y., Himmel, M. E. The maize primary cell wall microfibril: a new model derived from direct visualization. J. Agricul. Food Chem. 54, 597-606 (2006).
  13. Turon, X., et al. Enzymatic kinetics of cellulose hydrolysis: a QCM-D study. Langmuir. 24, 3880-3887 (2008).
  14. Dammströem, S., et al. On the interactions between cellulose and xylan, a biomimetic simulation of the hardwood cell wall. BioResources. 4, 3-14 (2009).
  15. Barakat, A., et al. Studies of xylan interactions and cross-linking to synthetic lignins formed by bulk and end-wise polymerization: a model study of lignin carbohydrate complex formation. Planta. 226, 267-281 (2007).
  16. Micic, M., et al. Study of the lignin model compound supramolecular structure by combination of near-field scanning optical microscopy and atomic force microscopy. Colloids Surf. B Biointerfaces. 34, 33-40 (2004).
  17. Li, Z., et al. Nanocomposites prepared by in situ enzymatic polymerization of phenol with TEMPO-oxidized nanocellulose. Cellulose. 17, 57-68 (2010).
  18. Gradwell, S. E., et al. Surface modification of cellulose fibers: towards wood composites by biomimetics. C. R. Biologies. 327, 945-953 (2004).
  19. Kaya, A., et al. Surface plasmon resonance studies of pullulan and pullulan cinnamate adsorption onto cellulose. Biomacromolecules. 10, 2451-2459 (2009).
  20. Gustafsson, E., et al. Direct adhesive measurements between wood biopolymer model surfaces. Biomacromolecules. 13, 3046-3053 (2012).
  21. Karabulut, E., Wagberg, L. Design and characterization of cellulose nanofibril-based freestanding films prepared by layer-by-layer deposition technique. Soft Matter. 7, 3467-3474 (2011).
  22. Decher, G., Hong, J. D. Buildup of ultrathin multilayer films by a self-assembly process: II. consecutive adsorption of anionic and cationic bipolar amphiphiles and polyelectrolytes on charged surfaces. Ber. Bunsen. Phys. Chem. 95, 1430-1434 (1991).
  23. Decher, G. Fuzzy nanoassemblies: toward layered polymeric multicomposites. Science. 277, 1232 (1997).
  24. Hammond, P. T. Form and function in multilayer assembly: new applications at the nanoscale. Adv. Mater. 16, 1271-1293 (2004).
  25. Decher, G., Schlenoff, J. B. . Multilayer thin films- sequential assembly of nanocomposite materials. , (2003).
  26. Mamedov, A. A., Kotov, N. A. Free-standing layer-by-layer assembled films of magnetite nanoparticles. Langmuir. 16, 5530-5533 (2000).
  27. Mamedov, A. A., et al. Molecular design of strong single-wall carbon nanotube/polyelectrolyte multilayer composites. Nat. Mater. 1, 257-257 (2002).
  28. Podsiadlo, P., et al. Fusion of seashell nacre and marine bioadhesive analogs: high-strength nanocomposite by layer-by-layer assembly of clay and L-3,4-dihydroxyphenylalanine polymer. Adv. Mater. 19, 949-955 (2007).
  29. Podsiadlo, P., et al. Ultrastrong and stiff layered polymer nanocomposites. Science. 318, 80-83 (2007).
  30. Podsiadlo, P., et al. Can nature’s design be improved upon? High strength, transparent nacre-like nanocomposites with double network of sacrificial cross links. J. Phys. Chem. B. 112, 14359-14363 (2008).
  31. Becker, A. L., et al. Layer-by-layer-assembled capsules and films for therapeutic delivery. Small. 6 (17), (2010).
  32. Taylor, A. D., et al. Fuel cell membrane electrode assemblies fabricated by layer-by-layer electrostatic self-assembly techniques. Adv. Funct. Mater. 18, 3003-3009 (2008).
  33. Ashcraft, J. N., et al. Structure-property studies of highly conductive layer-by-layer assembled membranes for fuel cell PEM applications. J. Mater. Chem. 20, 6250-6257 (2010).
  34. Lee, S. W., et al. High-power lithium batteries from functionalized carbon-nanotube electrodes. Nat. Nano. 5, 531-537 (2010).
  35. Eriksson, M., et al. The influence on paper strength properties when building multilayers of weak polyelectrolytes onto wood fibres. J. Colloid Interf. Sci. 292, 38-45 (2005).
  36. Lvov, Y. M., et al. Dry and wet strength of paper: layer-by-layer nanocoating of mill broken fibers for improved paper. 21, 552-557 (2006).
  37. Lin, Z., et al. Nanocomposite-based lignocellulosic fibers 1. Thermal stability of modified fibers with clay-polyelectrolyte multilayers. Cellulose. 15, 333-346 (2008).
  38. Cranston, E. D., Gray, D. G., Barrett, C. J. Abstracts; 32nd Northeast Regional Meeting of the American Chemical Society. , (2004).
  39. Podsiadlo, P., et al. Molecularly engineered nanocomposites: layer-by-layer assembly of cellulose nanocrystals. Biomacromolecules. 6, 2914-2918 (2005).
  40. Cranston, E. D., Gray, D. G. Formation of cellulose-based electrostatic layer-by-layer films in a magnetic field. Sci. Tech. Adv. Mater. 7, 319-321 (2006).
  41. Cranston, E. D., Gray, D. G. Morphological and optical characterization of polyelectrolyte multilayers incorporating nanocrystalline cellulose. Biomacromolecules. 7, 2522-2530 (2006).
  42. Jean, B., et al. Structural details of cellulose nanocrystals/polyelectrolytes multilayers probed by neutron reflectivity and AFM. Langmuir. 24, 3452-3458 (2008).
  43. Renneckar, S., Zink-Sharp, A., Esker Alan, R., Johnson Richard, K., Glasser Wolfgang, G. Cellulose Nanocomposites. ACS Symposium Series. , 78-96 (2006).
  44. Podsiadlo, P., et al. Layer-by-layer assembled films of cellulose nanowires with antireflective properties. Langmuir. 23, 7901-7906 (2007).
  45. Jean, B., et al. Non-electrostatic building of biomimetic cellulose-xyloglucan multilayers. Langmuir. 25, 3920-3923 (2009).
  46. de Mesquita, J. P., et al. Biobased nanocomposites from layer-by-layer assembly of cellulose nanowhiskers with chitosan. Biomacromolecules. 11, 473-480 (2010).
  47. Wågberg, L., et al. The build-up of polyelectrolyte multilayers of microfibrillated cellulose and cationic polyelectrolytes. Langmuir. 24, 784-795 (2008).
  48. Aulin, C., et al. Buildup of polyelectrolyte multilayers of polyethyleneimine and microfibrillated cellulose studied by in situ dual-polarization interferometry and quartz crystal microbalance with dissipation. Langmuir. 24, 2509-2518 (2008).
  49. Aulin, C., et al. Self-organized films from cellulose I nanofibrils using the layer-by-layer technique. Biomacromolecules. 11, 872-882 (2010).
  50. Azizi Samir, M. A., et al. Review of recent research into cellulosic whiskers, their properties and their application in nanocomposite field. Biomacromolecules. 6, 612-626 (2005).
  51. Siró, I., Plackett, D. Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials: a review. Cellulose. 17, 459-494 (2010).
  52. Eichhorn, S., et al. Review: current international research into cellulose nanofibres and nanocomposites. J. Mat. Sci. 45, 1-33 (2010).
  53. Habibi, Y., et al. Cellulose nanocrystals: chemistry, self-assembly, and applications. Chem. Rev. 110, 3479 (2010).
  54. Teeri, T. T., et al. Biomimetic engineering of cellulose-based materials. Trends Biotechnol. 25, 299-306 (2007).
  55. Saito, T., et al. Homogeneous suspensions of individualized microfibrils from TEMPO-catalyzed oxidation of native cellulose. Biomacromolecules. 7, 1687-1691 (2006).
  56. Pillai, K. V., Renneckar, S. Cation-π Interactions as a Mechanism in Technical Lignin Adsorption to Cationic Surfaces. Biomacromolecules. 10, 798-804 (2009).
  57. Notley, S. M., Norgren, M. Adsorption of a strong polyelectrolyte to model lignin surfaces. Biomacromolecules. 9, 2081-2086 (2008).
  58. Aulin, C., et al. Buildup of polyelectrolyte multilayers of polyethyleneimine and microfibrillated cellulose studied by in situ dual-polarization interferometry and quartz crystal microbalance with dissipation. Langmuir. 24, 2509-2518 (2008).
  59. Argun, A. A., et al. Highly conductive, methanol resistant polyelectrolyte multilayers. Adv. Mater. 20, 1539-1543 (2008).
  60. Li, Q., Renneckar, S. Molecularly thin nanoparticles from cellulose: isolation of sub-microfibrillar structures. Cellulose. 16, 1025-1032 (2009).
  61. Höök, F., et al. Variations in coupled water, viscoelastic properties, and film thickness of a Mefp-1 protein film during adsorption and cross-linking: a auartz crystal microbalance with dissipation monitoring, ellipsometry, and surface plasmon resonance study. Anal. Chem. 73, 5796-5804 (2001).
  62. Naderi, A., Claesson, P. M. Adsorption properties of polyelectrolyte-surfactant complexes on hydrophobic surfaces studied by QCM-D. Langmuir. 22, 7639-7645 (2006).
  63. Kaufman, E. D., et al. Probing protein adsorption onto mercaptoundecanoic acid stabilized gold nanoparticles and surfaces by quartz crystal microbalance and z-potential measurements. Langmuir. 23, 6053-6062 (2007).
  64. Glasser, W. G., Barnett, C. A., Sano, Y. Classification of lignins with different genetic and industrial origins. J. Appl. Polym. Sci.: Appl. Polym. Symp. , (1983).
  65. Van de Steeg, H. G. M., et al. Polyelectrolyte adsorption: a subtle balance of forces. Langmuir. 8, 2538-2546 (1992).

Tags

NanocelluloseLigninPDDALayer-by-layer AssemblyFreestanding FilmBiomimeticWood StructureQuartz Crystal MicrobalanceEllipsometryAtomic Force MicroscopyScanning Electron Microscopy

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Pillai, K., Navarro Arzate, F., Zhang, W., Renneckar, S. Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation. J. Vis. Exp. (88), e51257, doi:10.3791/51257 (2014).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image