天然高分子基新材料 微生物聚羥基脂肪酸酯 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳國強，魏岱旭 著

圖書標籤:

• 天然高分子
• 生物材料
• 聚羥基脂肪酸酯
• PHA
• 微生物材料
• 可降解材料
• 高分子材料
• 生物醫用材料
• 綠色材料
• 材料科學

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122204820

版次：1

商品編碼：11545880

包裝：平裝

叢書名： 天然高分

開本：16開

齣版時間：2014-09-01

用紙：膠版紙

頁數：286

內容簡介

　　本書為《天然高分子基新材料》叢書之一。微生物生物基材料聚羥基脂肪酸酯(PHA)進入市場多年瞭，但由於石油基塑料價格一直穩定，昂貴的PHA市場一直很小。所以，未來必須通過新技術降低PHA的生産成本，或者開發功能性的PHA來提高其價值。我國PHA領域的研究在世界範圍內是活躍的，基礎研究活躍開展，進一步促進瞭我國PHA産業發展，我國目前具有世界很多的PHA生産企業。這為PHA産業鏈形成做好瞭技術和物質儲備。 但是，由於目前頁岩氣的大規模開采，石油價格在短時間內不會有大的波動，所以石油材料（塑料）價格也不會有大的波動。未來PHA大規模産業化競爭性還有賴於産業鏈的形成，包括把PHA應用來作為材料的産業，把 PHA用來作為醫用生物材料。以及把廢水中的PHA作為燃料的産業，還有把PHA單體作為藥物、藥物中間體以及手性化學品的産業等。總之，PHA産業化之路纔剛剛開始，要剋服的睏難還很多。毫無疑問，隨著人們對可持續發展的日益重視，PHA生物産業不久將引來大發展的時機。

作者簡介

　　陳國強，教育部“長江學者”特聘教授，博士生導師，1985年畢業於華南理工大學，1989年獲得奧地利格拉茨(Graz)工業大學博士學位。1990―1994年在英國諾丁漢(Notthingham)大學和加拿大阿爾伯達(AIberta)大學做博士後研究，1997年被聘為清華大學教授，現為國傢“973”項目首席科學傢。
　　 長期從事“微生物和生物材料”的研究。在國際學術期刊上共發錶微生物技術和生物材料相關論文200多篇，論文(WebofScience)被他人引用超過5200次(H指數為41)。
　　獲得授權專利27項，35個公開專利，有的技術已經在數傢公司用於大規模生産微生物塑料聚羥基脂肪酸酯(PHA)。現擔任國際國內學術期刊ournal of Biotechnology，Microbial Cell Factories和 Biotech-nology Journal以及《中國生物工程學報》副主編。另擔任Current Opinions ln Biotechnology，AppliedMicrobiology and Bioeechnology和Biomaterials等8個英文期刊編委。曾獲得的榮譽包括?教育部長江學者特聘教授(2004)、第八屆中國青年科技奬(2004)、自然科學基金委國傢傑齣青年(2002)、紐倫堡國際發明奬(2003)、國傢發明二等奬(2002)、談傢禎生命科學創新奬(2011)、茅以升科技奬(2004)、教育部高校青年教師奬等(2004)、首屆閔恩澤“能源化工傑齣貢獻奬”(2013)。還曾連續6年獲得清華大學學生“良師益友”的光榮稱號，連續7年獲得清華大學高論文他引次數和影響力的“紀念梅貽琦學術論文奬”。

目錄

第1章　緒論 001
1.1　聚羥基脂肪酸酯概述 004
1.2　PHA的生理功能 007
1.3　PHA的單體組成和分類 008
1.4　PHA及單體的讀寫規則 010
1.5　PHA的材料學性質 012
1.6　PHA的應用 014
1.7　我國研究和開發PHA的基礎 017
1.8　PHA研究發展過程中重要事件和人物 020
參考文獻 023
第2章　PHA生物閤成代謝途徑 025
2.1　PHA生物閤成代謝途徑概述 026
2.1.1　主要的生物閤成代謝途徑 026
2.1.2　其他的生物閤成代謝途徑 029
2.2　PHA生物閤成相關基因 030
2.3　PHA生物閤成的關鍵 031
2.3.1　PHA聚閤酶的分類 031
2.3.2　PHA聚閤酶編碼基因在基因組中的排列方式 032
2.3.3　PHA聚閤酶的結構特徵 034
2.3.4　對PHA聚閤酶催化機製的推測 036
2.3.5　PHA聚閤酶基因的剋隆方案 036
2.4　PHA顆粒和PHA顆粒結閤蛋白 038
2.4.1　PHA顆粒 038
2.4.2　PHA顆粒的結構 039
2.4.3　PHA顆粒的組裝 040
2.4.4　PHA顆粒形成的計算機模擬 042
2.4.5　PHA顆粒錶麵結閤蛋白 044
2.4.6　體外人工製備的PHA顆粒 048
2.4.7　PHA顆粒的應用 052
2.5　PHA生物閤成代謝途徑作為生物技術工具 060
2.5.1　PHA生物閤成代謝途徑對微生物生理狀況的影響 060
2.5.2　PHA生物閤成代謝途徑調節瞭生物的代謝流 061
2.5.3　PHA生物閤成代謝途徑提高瞭微生物的抗逆性 062
2.5.4　PHA生物閤成基因在工業微生物中的應用 063
參考文獻 066
第3章　常見PHA的微生物發酵生産和提取 069
3.1　短鏈PHA的發酵生産 070
3.1.1　利用野生菌生産PHB及PHBV 070
3.1.2　利用重組大腸杆菌生産PHB及PHBV 076
3.1.3　新型短鏈PHA的生産 079
3.2　中長鏈PHA的發酵生産 083
3.2.1　利用嗜油假單胞菌生産中長鏈PHA 083
3.2.2　利用惡臭假單胞菌生産中長鏈PHA 083
3.2.3　利用其他假單胞菌生産中長鏈PHA 086
3.2.4　利用重組大腸杆菌閤成中長鏈PHA 086
3.3　短鏈和中長鏈PHA共聚酯的發酵生産 088
3.3.1　利用氣生單胞菌生産短鏈和中長鏈PHA共聚酯 088
3.3.2　利用假單胞菌生産短鏈和中長鏈PHA共聚酯PHBHA 093
3.3.3　利用短鏈PHA生産菌生産短鏈和中長鏈PHA共聚酯PHBHA 095
3.4　PHA均聚物的生産 099
3.4.1　短鏈PHA均聚物的生産 099
3.4.2　中長鏈PHA均聚物的生産 100
3.5　PHA的提取純化原則及其工藝 101
3.5.1　PHA提取純化方法的開發原則 101
3.5.2　短鏈PHA的提取純化方法 103
3.5.3　中長鏈PHA的提取純化方法 106
參考文獻 107
第4章　PHA的其他生産方式和非常見PHA 111
4.1　利用活性汙泥生産PHA 112
4.1.1　概述 112
4.1.2　利用活性汙泥生産PHA的代謝機製 112
4.1.3　活性汙泥中積纍的PHA的種類 113
4.1.4　活性汙泥生産PHA的工藝 113
4.1.5　活性汙泥及其他混閤培養積纍PHA的微生物研究 114
4.1.6　活性汙泥生産PHA的研究展望 115
4.2　利用轉基因植物生産PHA 116
4.2.1　利用轉基因植物生産PHA的概述 116
4.2.2　在植物細胞質中閤成PHB 117
4.2.3　在植物質體中閤成PHB 117
4.2.4　在植物綫粒體或過氧物酶體中閤成PHB 119
4.2.5　在植物中閤成PHBV 119
4.2.6　在植物中閤成中長鏈PHA 120
4.2.7　轉基因植物生産PHA的研究展望 121
4.3　非常見PHA 122
4.3.1　非常見PHA概述 122
4.3.2　具有功能性側鏈基團的MCL-PHA的研究 122
4.3.3　帶新型主鏈結構PHA的生産和應用 130
參考文獻 133
第5章　PHA的結構與性能 137
5.1　概述 138
5.2　PHA的分子結構 139
5.2.1　PHA的分類與特性 139
5.2.2　PHA分子結構的測定方法 140
5.3　PHA的凝聚態結構 143
5.3.1　PHA材料凝聚態結構的信息 143
5.3.2　PHA的結晶行為 146
5.3.3　光學手段檢測PHA結構 148
5.3.4　X射綫衍射 151
5.3.5　二次諧波（SHG）的研究 153
5.3.6　紅外光譜的研究 157
5.3.7　介電譜的研究 163
5.3.8　固態NMR的研究 164
5.3.9　太赫茲技術在PHA的應用 165
5.4　PHA的物理性能 166
5.4.1　PHA的熱性能 166
5.4.2　力學性能 169
5.4.3　光電性能 170
5.5　PHA的化學性質 171
5.5.1　PHA的熱降解行為 171
5.5.2　PHA的水解 174
5.5.3　PHA的環境降解 175
5.5.4　PHA的酶降解 175
5.6　PHA的化學改性 179
5.7　PHA的加工 181
5.7.1　PHA的溶液加工 181
5.7.2　PHA的熱加工 182
5.8　PHA性能的改進 184
5.8.1　加工工藝的改進 184
5.8.2　PHA的共混改性 188
參考文獻 189
第6章　手性羥基脂肪酸的生産和應用 195
6.1　手性羥基脂肪酸的概述 196
6.2　手性羥基脂肪酸的主要生産方法 196
6.2.1　化學方法直接閤成手性羥基脂肪酸 196
6.2.2　化學方法降解聚羥基脂肪酸酯 197
6.2.3　生物酶法降解聚羥基脂肪酸酯 198
6.2.4　生物轉化法生産手性羥基脂肪酸 201
6.2.5　利用基因工程菌直接生物閤成手性羥基脂肪酸 202
6.3　手性羥基脂肪酸單體及低聚體的主要應用 205
6.3.1　手性羥基脂肪酸作為昂貴化閤物閤成的手性起始原料 205
6.3.2　利用手性羥基脂肪酸閤成內酯、環狀低聚物、樹狀及
　　　手性綫狀聚閤物 206
6.3.3　手性羥基脂肪酸的生理作用 207
6.3.4　手性羥基脂肪酸的潛在藥用價值 207
6.4　前景和展望 208
參考文獻 208
第7章　PHA在醫藥領域的研究和應用 211
7.1　PHA及其降解産物的醫用研究曆史概述 212
7.2　PHA作為手術器械材料的研究 214
7.2.1　手術縫閤綫 215
7.2.2　防粘連膜 217
7.3　PHA作為組織工程支架材料的研究進展 218
7.3.1　心血管組織工程 218
7.3.2　骨組織工程 221
7.3.3　軟骨組織工程 223
7.3.4　神經導管組織工程 225
7.3.5　食管組織工程 227
7.3.6　皮膚組織工程 228
7.3.7　PHA作為組織工程支架材料的前景和展望 228
7.4　PHA作為藥物載體材料研究 229
7.5　PHA降解産物的醫療保健作用研究 238
7.5.1　低聚物和單體的細胞相容性研究 238
7.5.2　HB單體對骨質疏鬆癥的治療研究 239
7.5.3　HB單體對糖尿病的治療研究 240
7.5.4　HB單體對神經退行性疾病的治療研究 240
7.5.5　PHA降解産物作為藥物的前景與展望 242
參考文獻 242
第8章　PHA在塑料工業及其他領域的研究和應用 247
8.1　生物可降解塑料簡介 248
8.2　生物可降解塑料的分類 249
8.3　PHA在塑料工業領域的研究和應用 250
8.3.1　對PHA降解性能的改性 251
8.3.2　PHA用於塑料包裝業的可能性 254
8.3.3　PHA類産品用於食品包裝業的可能性 255
8.4　PHA類産品用於塑料業的經濟性評價 256
8.5　PHA在其他領域的應用 257
參考文獻 258
第9章　PHA的産業化和展望 259
9.1　PHA的産業化 260
9.2　從石油塑料到生物可降解塑料 265
9.3　常見生物可降解塑料的性質及生産曆史 266
9.3.1　聚乳酸 266
9.3.2　第一代商業化PHA材料PHB 267
9.3.3　第二代商業化PHA材料PHBV 270
9.3.4　第三代商業化PHA材料PHBHHx 271
9.3.5　第四代商業化PHA材料的研究進展及瓶頸 272
9.4　世界主要PHA生産企業 273
9.5　我國PHA研究生産情況 277
9.6　PHA的科學研究前景 281
9.6.1　研究短鏈PHA的發酵生産前景和展望 281
9.6.2　中長鏈PHA的發酵生産的前景和展望 282
9.6.3　短鏈中長鏈共聚的PHA發酵和生物閤成的前景和展望 283
參考文獻 284
附錄　部分菌種拉丁文-中文譯文對照錶 285

前言/序言

新材料科技前沿探索：從理論基石到應用突破 圖書名稱： 探索性功能材料的閤成、結構與性能調控 圖書簡介： 本書深入探討瞭當前材料科學領域極具活力和應用潛力的兩大方嚮：高熵閤金的微觀結構演變與仿生智能響應高分子體係的設計與製備。全書立足於凝聚態物理、材料熱力學和高分子化學的交叉前沿，旨在為研究人員和高級工程技術人員提供一套係統、深入且具有前瞻性的理論框架和實驗指導。 --- 第一部分：高熵閤金（HEA）的構築與性能調控：從隨機無序到有序可控 高熵閤金（High-Entropy Alloys, HEAs）自問世以來，憑藉其獨特的“高熵效應”、“遲滯效應”、“彌閤效應”和“結構復雜度效應”，顛覆瞭傳統的閤金設計理念。本書第一部分聚焦於理解和控製這些復雜多主元體係的微觀結構，這是實現其宏觀優異性能的關鍵。 第一章：高熵閤金的晶體學基礎與熱力學驅動力 本章首先梳理瞭經典金屬學中固溶體和相穩定性理論的局限性，隨後引入瞭高熵閤金設計的核心概念——高弗-海姆（Kauffman-Heim）熵增原理在多組分體係中的修正應用。詳細分析瞭組分比、原子尺寸差異（$delta$ 參數）以及電負性差（$chi$ 參數）對形成單相麵心立方（FCC）、體心立方（BCC）或六方最密堆積（HCP）結構的影響。特彆討論瞭局部短程有序（Short-Range Order, SRO）結構在穩定高熵相中的作用，以及相分離過程的動力學控製。 第二章：極端條件下的微觀結構演變與穩定性 高熵閤金常被寄予厚望用於極端環境（高溫、高應力、強腐蝕）。本章深入剖析瞭在超高溫度下，HEA的晶界遷移、析齣相的成核與長大機製。重點討論瞭“遲滯效應”在高溫蠕變過程中的錶現，以及如何通過精確控製閤金成分，設計齣具有“反常強化”行為的BCC或復雜多相結構。引入瞭高通量計算（DFT）模擬在預測晶界能壘和擴散路徑中的應用，揭示瞭其優異抗蠕變性能背後的原子尺度機製。 第三章：功能化高熵閤金的設計與製備 超越傳統的結構材料範疇，本章關注具有特定功能的HEA，如磁性、催化活性和電化學性能。詳細闡述瞭“形變誘導相變”（TRIP）在高熵鋼中的實現途徑，以及如何通過引入稀土元素或氧/氮等輕元素，設計齣具有高熱導率或特定鐵磁共振頻率的閤金。製備技術方麵，重點比較瞭真空電弧熔煉（VAR）、高能球磨（HEBM）結閤燒結（SPS/HIP）以及增材製造（AM）技術在控製組織細化和均勻性方麵的優劣。 --- 第二部分：仿生智能響應高分子體係：從分子識彆到復雜功能集成 第二部分將視角轉嚮高分子科學，聚焦於設計和構建能夠感知環境變化並做齣可逆、可控響應的高分子網絡和鏈結構。這要求對高分子鏈間作用力、拓撲結構和響應機製有深刻的理解。 第四章：超分子化學在功能高分子中的應用與構建 本章闡述瞭如何利用非共價鍵（氫鍵、π-π堆積、疏水作用、金屬配位鍵）構建具有自修復、形狀記憶和刺激響應性的高分子材料。詳細分析瞭可逆共價鍵（如Diels-Alder反應、動力學互補反應）在構建動態交聯網絡中的優勢，以及如何通過調節反應速率和平衡常數，實現對響應閾值的精確調控。案例研究集中在基於脲-脲、硫醇-烯等超分子體係的動態網絡聚閤物的製備。 第五章：多重刺激響應性水凝膠的界麵行為與力學優化 水凝膠作為智能材料的重要載體，其性能高度依賴於水閤狀態和網絡結構。本章側重於設計能夠同時響應溫度、pH值、光照甚至電場的多重刺激響應水凝膠。深入探討瞭“協同效應”和“拮抗效應”在高分子鏈段間的相互作用，如何影響凝膠的溶脹比和體積形變率。此外，詳細介紹瞭如何通過“雙網絡（DN）”或“拓撲網絡”結構設計，顯著提升水凝膠的韌性和抗疲勞能力，使其接近生物軟組織的力學特性。 第六章：光響應高分子係統：從光緻異構到復雜拓撲變換 光作為一種無接觸、高精度的外部刺激源，在材料科學中具有不可替代的地位。本章聚焦於嵌入光敏基團（如偶氮苯、螺吡喃、查爾酮衍生物）的高分子係統。係統分析瞭光異構化過程中分子構象變化的量子效率與弛豫動力學，以及如何將這種分子層麵的變化傳遞至宏觀性能（如光驅動緻動器、光刻膠的超精細分辨率）。重點探討瞭利用光觸發的分子內或分子間拓撲變換（如光誘導的拓撲異構化），實現對聚閤物鏈的遠程、可編程重構。 --- 總結與展望： 本書通過對高熵閤金的結構-性能關係解析和對仿生智能高分子體係的分子設計，全麵展示瞭當前新材料研究的兩條主要技術路徑。前者追求極限性能的突破，後者側重於功能集成與環境適應性。本書旨在啓發讀者超越單一學科壁壘，探索跨尺度、多物理場耦閤下的新型功能材料設計策略。

評分☆☆☆☆☆

我一直對可持續發展和綠色化學的理念深感認同，因此，《天然高分子基新材料：微生物聚羥基脂肪酸酯》這本書的齣現，對我而言就像是黑暗中的一盞明燈。聚羥基脂肪酸酯（PHAs）作為一種可生物降解的聚閤物，其研究和應用前景廣闊，而將其與“天然高分子基新材料”這一概念結閤，更是點明瞭該書的核心價值所在。我非常期待書中能夠詳細闡述PHAs的各種閤成途徑，無論是利用不同種類的微生物，還是采用不同的碳源，以及這些差異如何影響PHAs的分子量、組成、結晶度等關鍵特性。同時，我也希望書中能就PHAs在不同領域的應用進行深入的討論，例如在生物醫學、包裝材料、甚至3D打印等方麵的潛力，這對於拓展我的研究思路具有重要的指導意義。

評分☆☆☆☆☆

從一個對材料性能有著極緻追求的工程師角度來看，《天然高分子基新材料：微生物聚羥基脂肪酸酯》這本書的標題，無異於開啓瞭一扇通往未來高性能材料的大門。聚羥基脂肪酸酯（PHAs）作為一種由微生物閤成的天然聚閤物，其獨特的化學結構賦予瞭它優異的生物相容性、可降解性和多樣化的力學性能。我非常有興趣瞭解書中是否會深入探討如何通過精確控製微生物的遺傳背景、發酵工藝參數，以及後處理技術，來定製PHAs的分子量分布、單體組成比例，從而獲得具有特定性能的新型材料。例如，是否能夠通過這些方法製備齣高強度、高韌性，甚至具有特殊光學或導電性能的PHAs材料，以滿足航空航天、電子器件、高端醫療器械等領域的嚴苛要求。

評分☆☆☆☆☆

近年來，隨著對塑料汙染問題的日益關注，生物基和可降解材料的研究成為瞭熱點。《天然高分子基新材料：微生物聚羥基脂肪酸酯》這本書的名字，直接點齣瞭其研究方嚮的時代性和重要性。我猜測書中將會詳細介紹當前PHAs閤成技術的最新進展，包括提高産率、降低成本、以及開發新型PHAs共聚物的策略。此外，我特彆希望能看到書中對PHAs的力學性能、熱學性能、以及生物降解性能進行全麵的錶徵和分析，並且與傳統的石油基塑料進行對比，從而展現齣PHAs作為一種“新材料”的獨特優勢。這種前瞻性的研究內容，對於推動可持續材料産業的發展具有不可估量的價值。

評分☆☆☆☆☆

作為一個在聚閤物領域摸爬滾打多年的研究人員，我深知新材料的開發離不開對基礎科學的深刻理解和對應用技術的精準把握。《天然高分子基新材料：微生物聚羥基脂肪酸酯》這個書名，讓我第一時間就聯想到瞭書中可能包含的關於PHAs的分子結構、聚閤機理、以及其獨特物理化學性質的詳盡解析。我尤其關注書中所提到的“天然高分子基”，這是否意味著書中會對PHAs與其他天然高分子（如縴維素、澱粉等）的復閤或共混進行探討？又或者，是指PHAs本身作為一種性能卓越的天然高分子，其在傳統高分子材料領域能否扮演“新材料”的角色？這些都是我非常感興趣，並且希望能在書中找到答案的問題，期待書中能夠帶來令人耳目一新的觀點和深入的實驗數據支撐。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿材料科學充滿好奇的研究生，我最近有幸接觸到一本名為《天然高分子基新材料：微生物聚羥基脂肪酸酯》的書籍。盡管我還沒有來得及深入研讀，但從其厚重的篇幅和嚴謹的排版來看，它無疑是一部凝聚瞭眾多研究者心血的學術專著。書中那深邃的標題本身就勾勒齣瞭一幅令人神往的畫捲：利用大自然最精妙的造物——微生物，去創造一係列具備優異性能的、源於自然的聚閤物。我尤其對書中可能深入探討的“微生物發酵”這一過程感到興奮，那其中蘊含的生物閤成機製，以及如何通過調控發酵條件來影響最終材料的分子結構和性能，必定是值得細細品味的內容。