天然高分子基新材料 微生物聚羟基脂肪酸酯 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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陈国强，魏岱旭 著

图书标签:

• 天然高分子
• 生物材料
• 聚羟基脂肪酸酯
• PHA
• 微生物材料
• 可降解材料
• 高分子材料
• 生物医用材料
• 绿色材料
• 材料科学

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122204820

版次：1

商品编码：11545880

包装：平装

丛书名： 天然高分

开本：16开

出版时间：2014-09-01

用纸：胶版纸

页数：286

内容简介

　　本书为《天然高分子基新材料》丛书之一。微生物生物基材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)进入市场多年了，但由于石油基塑料价格一直稳定，昂贵的PHA市场一直很小。所以，未来必须通过新技术降低PHA的生产成本，或者开发功能性的PHA来提高其价值。我国PHA领域的研究在世界范围内是活跃的，基础研究活跃开展，进一步促进了我国PHA产业发展，我国目前具有世界很多的PHA生产企业。这为PHA产业链形成做好了技术和物质储备。 但是，由于目前页岩气的大规模开采，石油价格在短时间内不会有大的波动，所以石油材料（塑料）价格也不会有大的波动。未来PHA大规模产业化竞争性还有赖于产业链的形成，包括把PHA应用来作为材料的产业，把 PHA用来作为医用生物材料。以及把废水中的PHA作为燃料的产业，还有把PHA单体作为药物、药物中间体以及手性化学品的产业等。总之，PHA产业化之路才刚刚开始，要克服的困难还很多。毫无疑问，随着人们对可持续发展的日益重视，PHA生物产业不久将引来大发展的时机。

作者简介

　　陈国强，教育部“长江学者”特聘教授，博士生导师，1985年毕业于华南理工大学，1989年获得奥地利格拉茨(Graz)工业大学博士学位。1990―1994年在英国诺丁汉(Notthingham)大学和加拿大阿尔伯达(AIberta)大学做博士后研究，1997年被聘为清华大学教授，现为国家“973”项目首席科学家。
　　 长期从事“微生物和生物材料”的研究。在国际学术期刊上共发表微生物技术和生物材料相关论文200多篇，论文(WebofScience)被他人引用超过5200次(H指数为41)。
　　获得授权专利27项，35个公开专利，有的技术已经在数家公司用于大规模生产微生物塑料聚羟基脂肪酸酯(PHA)。现担任国际国内学术期刊ournal of Biotechnology，Microbial Cell Factories和 Biotech-nology Journal以及《中国生物工程学报》副主编。另担任Current Opinions ln Biotechnology，AppliedMicrobiology and Bioeechnology和Biomaterials等8个英文期刊编委。曾获得的荣誉包括?教育部长江学者特聘教授(2004)、第八届中国青年科技奖(2004)、自然科学基金委国家杰出青年(2002)、纽伦堡国际发明奖(2003)、国家发明二等奖(2002)、谈家祯生命科学创新奖(2011)、茅以升科技奖(2004)、教育部高校青年教师奖等(2004)、首届闵恩泽“能源化工杰出贡献奖”(2013)。还曾连续6年获得清华大学学生“良师益友”的光荣称号，连续7年获得清华大学高论文他引次数和影响力的“纪念梅贻琦学术论文奖”。

目录

第1章　绪论 001
1.1　聚羟基脂肪酸酯概述 004
1.2　PHA的生理功能 007
1.3　PHA的单体组成和分类 008
1.4　PHA及单体的读写规则 010
1.5　PHA的材料学性质 012
1.6　PHA的应用 014
1.7　我国研究和开发PHA的基础 017
1.8　PHA研究发展过程中重要事件和人物 020
参考文献 023
第2章　PHA生物合成代谢途径 025
2.1　PHA生物合成代谢途径概述 026
2.1.1　主要的生物合成代谢途径 026
2.1.2　其他的生物合成代谢途径 029
2.2　PHA生物合成相关基因 030
2.3　PHA生物合成的关键 031
2.3.1　PHA聚合酶的分类 031
2.3.2　PHA聚合酶编码基因在基因组中的排列方式 032
2.3.3　PHA聚合酶的结构特征 034
2.3.4　对PHA聚合酶催化机制的推测 036
2.3.5　PHA聚合酶基因的克隆方案 036
2.4　PHA颗粒和PHA颗粒结合蛋白 038
2.4.1　PHA颗粒 038
2.4.2　PHA颗粒的结构 039
2.4.3　PHA颗粒的组装 040
2.4.4　PHA颗粒形成的计算机模拟 042
2.4.5　PHA颗粒表面结合蛋白 044
2.4.6　体外人工制备的PHA颗粒 048
2.4.7　PHA颗粒的应用 052
2.5　PHA生物合成代谢途径作为生物技术工具 060
2.5.1　PHA生物合成代谢途径对微生物生理状况的影响 060
2.5.2　PHA生物合成代谢途径调节了生物的代谢流 061
2.5.3　PHA生物合成代谢途径提高了微生物的抗逆性 062
2.5.4　PHA生物合成基因在工业微生物中的应用 063
参考文献 066
第3章　常见PHA的微生物发酵生产和提取 069
3.1　短链PHA的发酵生产 070
3.1.1　利用野生菌生产PHB及PHBV 070
3.1.2　利用重组大肠杆菌生产PHB及PHBV 076
3.1.3　新型短链PHA的生产 079
3.2　中长链PHA的发酵生产 083
3.2.1　利用嗜油假单胞菌生产中长链PHA 083
3.2.2　利用恶臭假单胞菌生产中长链PHA 083
3.2.3　利用其他假单胞菌生产中长链PHA 086
3.2.4　利用重组大肠杆菌合成中长链PHA 086
3.3　短链和中长链PHA共聚酯的发酵生产 088
3.3.1　利用气生单胞菌生产短链和中长链PHA共聚酯 088
3.3.2　利用假单胞菌生产短链和中长链PHA共聚酯PHBHA 093
3.3.3　利用短链PHA生产菌生产短链和中长链PHA共聚酯PHBHA 095
3.4　PHA均聚物的生产 099
3.4.1　短链PHA均聚物的生产 099
3.4.2　中长链PHA均聚物的生产 100
3.5　PHA的提取纯化原则及其工艺 101
3.5.1　PHA提取纯化方法的开发原则 101
3.5.2　短链PHA的提取纯化方法 103
3.5.3　中长链PHA的提取纯化方法 106
参考文献 107
第4章　PHA的其他生产方式和非常见PHA 111
4.1　利用活性污泥生产PHA 112
4.1.1　概述 112
4.1.2　利用活性污泥生产PHA的代谢机制 112
4.1.3　活性污泥中积累的PHA的种类 113
4.1.4　活性污泥生产PHA的工艺 113
4.1.5　活性污泥及其他混合培养积累PHA的微生物研究 114
4.1.6　活性污泥生产PHA的研究展望 115
4.2　利用转基因植物生产PHA 116
4.2.1　利用转基因植物生产PHA的概述 116
4.2.2　在植物细胞质中合成PHB 117
4.2.3　在植物质体中合成PHB 117
4.2.4　在植物线粒体或过氧物酶体中合成PHB 119
4.2.5　在植物中合成PHBV 119
4.2.6　在植物中合成中长链PHA 120
4.2.7　转基因植物生产PHA的研究展望 121
4.3　非常见PHA 122
4.3.1　非常见PHA概述 122
4.3.2　具有功能性侧链基团的MCL-PHA的研究 122
4.3.3　带新型主链结构PHA的生产和应用 130
参考文献 133
第5章　PHA的结构与性能 137
5.1　概述 138
5.2　PHA的分子结构 139
5.2.1　PHA的分类与特性 139
5.2.2　PHA分子结构的测定方法 140
5.3　PHA的凝聚态结构 143
5.3.1　PHA材料凝聚态结构的信息 143
5.3.2　PHA的结晶行为 146
5.3.3　光学手段检测PHA结构 148
5.3.4　X射线衍射 151
5.3.5　二次谐波（SHG）的研究 153
5.3.6　红外光谱的研究 157
5.3.7　介电谱的研究 163
5.3.8　固态NMR的研究 164
5.3.9　太赫兹技术在PHA的应用 165
5.4　PHA的物理性能 166
5.4.1　PHA的热性能 166
5.4.2　力学性能 169
5.4.3　光电性能 170
5.5　PHA的化学性质 171
5.5.1　PHA的热降解行为 171
5.5.2　PHA的水解 174
5.5.3　PHA的环境降解 175
5.5.4　PHA的酶降解 175
5.6　PHA的化学改性 179
5.7　PHA的加工 181
5.7.1　PHA的溶液加工 181
5.7.2　PHA的热加工 182
5.8　PHA性能的改进 184
5.8.1　加工工艺的改进 184
5.8.2　PHA的共混改性 188
参考文献 189
第6章　手性羟基脂肪酸的生产和应用 195
6.1　手性羟基脂肪酸的概述 196
6.2　手性羟基脂肪酸的主要生产方法 196
6.2.1　化学方法直接合成手性羟基脂肪酸 196
6.2.2　化学方法降解聚羟基脂肪酸酯 197
6.2.3　生物酶法降解聚羟基脂肪酸酯 198
6.2.4　生物转化法生产手性羟基脂肪酸 201
6.2.5　利用基因工程菌直接生物合成手性羟基脂肪酸 202
6.3　手性羟基脂肪酸单体及低聚体的主要应用 205
6.3.1　手性羟基脂肪酸作为昂贵化合物合成的手性起始原料 205
6.3.2　利用手性羟基脂肪酸合成内酯、环状低聚物、树状及
　　　手性线状聚合物 206
6.3.3　手性羟基脂肪酸的生理作用 207
6.3.4　手性羟基脂肪酸的潜在药用价值 207
6.4　前景和展望 208
参考文献 208
第7章　PHA在医药领域的研究和应用 211
7.1　PHA及其降解产物的医用研究历史概述 212
7.2　PHA作为手术器械材料的研究 214
7.2.1　手术缝合线 215
7.2.2　防粘连膜 217
7.3　PHA作为组织工程支架材料的研究进展 218
7.3.1　心血管组织工程 218
7.3.2　骨组织工程 221
7.3.3　软骨组织工程 223
7.3.4　神经导管组织工程 225
7.3.5　食管组织工程 227
7.3.6　皮肤组织工程 228
7.3.7　PHA作为组织工程支架材料的前景和展望 228
7.4　PHA作为药物载体材料研究 229
7.5　PHA降解产物的医疗保健作用研究 238
7.5.1　低聚物和单体的细胞相容性研究 238
7.5.2　HB单体对骨质疏松症的治疗研究 239
7.5.3　HB单体对糖尿病的治疗研究 240
7.5.4　HB单体对神经退行性疾病的治疗研究 240
7.5.5　PHA降解产物作为药物的前景与展望 242
参考文献 242
第8章　PHA在塑料工业及其他领域的研究和应用 247
8.1　生物可降解塑料简介 248
8.2　生物可降解塑料的分类 249
8.3　PHA在塑料工业领域的研究和应用 250
8.3.1　对PHA降解性能的改性 251
8.3.2　PHA用于塑料包装业的可能性 254
8.3.3　PHA类产品用于食品包装业的可能性 255
8.4　PHA类产品用于塑料业的经济性评价 256
8.5　PHA在其他领域的应用 257
参考文献 258
第9章　PHA的产业化和展望 259
9.1　PHA的产业化 260
9.2　从石油塑料到生物可降解塑料 265
9.3　常见生物可降解塑料的性质及生产历史 266
9.3.1　聚乳酸 266
9.3.2　第一代商业化PHA材料PHB 267
9.3.3　第二代商业化PHA材料PHBV 270
9.3.4　第三代商业化PHA材料PHBHHx 271
9.3.5　第四代商业化PHA材料的研究进展及瓶颈 272
9.4　世界主要PHA生产企业 273
9.5　我国PHA研究生产情况 277
9.6　PHA的科学研究前景 281
9.6.1　研究短链PHA的发酵生产前景和展望 281
9.6.2　中长链PHA的发酵生产的前景和展望 282
9.6.3　短链中长链共聚的PHA发酵和生物合成的前景和展望 283
参考文献 284
附录　部分菌种拉丁文-中文译文对照表 285

前言/序言

新材料科技前沿探索：从理论基石到应用突破 图书名称： 探索性功能材料的合成、结构与性能调控 图书简介： 本书深入探讨了当前材料科学领域极具活力和应用潜力的两大方向：高熵合金的微观结构演变与仿生智能响应高分子体系的设计与制备。全书立足于凝聚态物理、材料热力学和高分子化学的交叉前沿，旨在为研究人员和高级工程技术人员提供一套系统、深入且具有前瞻性的理论框架和实验指导。 --- 第一部分：高熵合金（HEA）的构筑与性能调控：从随机无序到有序可控 高熵合金（High-Entropy Alloys, HEAs）自问世以来，凭借其独特的“高熵效应”、“迟滞效应”、“弥合效应”和“结构复杂度效应”，颠覆了传统的合金设计理念。本书第一部分聚焦于理解和控制这些复杂多主元体系的微观结构，这是实现其宏观优异性能的关键。 第一章：高熵合金的晶体学基础与热力学驱动力 本章首先梳理了经典金属学中固溶体和相稳定性理论的局限性，随后引入了高熵合金设计的核心概念——高弗-海姆（Kauffman-Heim）熵增原理在多组分体系中的修正应用。详细分析了组分比、原子尺寸差异（$delta$ 参数）以及电负性差（$chi$ 参数）对形成单相面心立方（FCC）、体心立方（BCC）或六方最密堆积（HCP）结构的影响。特别讨论了局部短程有序（Short-Range Order, SRO）结构在稳定高熵相中的作用，以及相分离过程的动力学控制。 第二章：极端条件下的微观结构演变与稳定性 高熵合金常被寄予厚望用于极端环境（高温、高应力、强腐蚀）。本章深入剖析了在超高温度下，HEA的晶界迁移、析出相的成核与长大机制。重点讨论了“迟滞效应”在高温蠕变过程中的表现，以及如何通过精确控制合金成分，设计出具有“反常强化”行为的BCC或复杂多相结构。引入了高通量计算（DFT）模拟在预测晶界能垒和扩散路径中的应用，揭示了其优异抗蠕变性能背后的原子尺度机制。 第三章：功能化高熵合金的设计与制备 超越传统的结构材料范畴，本章关注具有特定功能的HEA，如磁性、催化活性和电化学性能。详细阐述了“形变诱导相变”（TRIP）在高熵钢中的实现途径，以及如何通过引入稀土元素或氧/氮等轻元素，设计出具有高热导率或特定铁磁共振频率的合金。制备技术方面，重点比较了真空电弧熔炼（VAR）、高能球磨（HEBM）结合烧结（SPS/HIP）以及增材制造（AM）技术在控制组织细化和均匀性方面的优劣。 --- 第二部分：仿生智能响应高分子体系：从分子识别到复杂功能集成 第二部分将视角转向高分子科学，聚焦于设计和构建能够感知环境变化并做出可逆、可控响应的高分子网络和链结构。这要求对高分子链间作用力、拓扑结构和响应机制有深刻的理解。 第四章：超分子化学在功能高分子中的应用与构建 本章阐述了如何利用非共价键（氢键、π-π堆积、疏水作用、金属配位键）构建具有自修复、形状记忆和刺激响应性的高分子材料。详细分析了可逆共价键（如Diels-Alder反应、动力学互补反应）在构建动态交联网络中的优势，以及如何通过调节反应速率和平衡常数，实现对响应阈值的精确调控。案例研究集中在基于脲-脲、硫醇-烯等超分子体系的动态网络聚合物的制备。 第五章：多重刺激响应性水凝胶的界面行为与力学优化 水凝胶作为智能材料的重要载体，其性能高度依赖于水合状态和网络结构。本章侧重于设计能够同时响应温度、pH值、光照甚至电场的多重刺激响应水凝胶。深入探讨了“协同效应”和“拮抗效应”在高分子链段间的相互作用，如何影响凝胶的溶胀比和体积形变率。此外，详细介绍了如何通过“双网络（DN）”或“拓扑网络”结构设计，显著提升水凝胶的韧性和抗疲劳能力，使其接近生物软组织的力学特性。 第六章：光响应高分子系统：从光致异构到复杂拓扑变换 光作为一种无接触、高精度的外部刺激源，在材料科学中具有不可替代的地位。本章聚焦于嵌入光敏基团（如偶氮苯、螺吡喃、查尔酮衍生物）的高分子系统。系统分析了光异构化过程中分子构象变化的量子效率与弛豫动力学，以及如何将这种分子层面的变化传递至宏观性能（如光驱动致动器、光刻胶的超精细分辨率）。重点探讨了利用光触发的分子内或分子间拓扑变换（如光诱导的拓扑异构化），实现对聚合物链的远程、可编程重构。 --- 总结与展望： 本书通过对高熵合金的结构-性能关系解析和对仿生智能高分子体系的分子设计，全面展示了当前新材料研究的两条主要技术路径。前者追求极限性能的突破，后者侧重于功能集成与环境适应性。本书旨在启发读者超越单一学科壁垒，探索跨尺度、多物理场耦合下的新型功能材料设计策略。

评分☆☆☆☆☆

从一个对材料性能有着极致追求的工程师角度来看，《天然高分子基新材料：微生物聚羟基脂肪酸酯》这本书的标题，无异于开启了一扇通往未来高性能材料的大门。聚羟基脂肪酸酯（PHAs）作为一种由微生物合成的天然聚合物，其独特的化学结构赋予了它优异的生物相容性、可降解性和多样化的力学性能。我非常有兴趣了解书中是否会深入探讨如何通过精确控制微生物的遗传背景、发酵工艺参数，以及后处理技术，来定制PHAs的分子量分布、单体组成比例，从而获得具有特定性能的新型材料。例如，是否能够通过这些方法制备出高强度、高韧性，甚至具有特殊光学或导电性能的PHAs材料，以满足航空航天、电子器件、高端医疗器械等领域的严苛要求。

评分☆☆☆☆☆

近年来，随着对塑料污染问题的日益关注，生物基和可降解材料的研究成为了热点。《天然高分子基新材料：微生物聚羟基脂肪酸酯》这本书的名字，直接点出了其研究方向的时代性和重要性。我猜测书中将会详细介绍当前PHAs合成技术的最新进展，包括提高产率、降低成本、以及开发新型PHAs共聚物的策略。此外，我特别希望能看到书中对PHAs的力学性能、热学性能、以及生物降解性能进行全面的表征和分析，并且与传统的石油基塑料进行对比，从而展现出PHAs作为一种“新材料”的独特优势。这种前瞻性的研究内容，对于推动可持续材料产业的发展具有不可估量的价值。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在聚合物领域摸爬滚打多年的研究人员，我深知新材料的开发离不开对基础科学的深刻理解和对应用技术的精准把握。《天然高分子基新材料：微生物聚羟基脂肪酸酯》这个书名，让我第一时间就联想到了书中可能包含的关于PHAs的分子结构、聚合机理、以及其独特物理化学性质的详尽解析。我尤其关注书中所提到的“天然高分子基”，这是否意味着书中会对PHAs与其他天然高分子（如纤维素、淀粉等）的复合或共混进行探讨？又或者，是指PHAs本身作为一种性能卓越的天然高分子，其在传统高分子材料领域能否扮演“新材料”的角色？这些都是我非常感兴趣，并且希望能在书中找到答案的问题，期待书中能够带来令人耳目一新的观点和深入的实验数据支撑。

评分☆☆☆☆☆

我一直对可持续发展和绿色化学的理念深感认同，因此，《天然高分子基新材料：微生物聚羟基脂肪酸酯》这本书的出现，对我而言就像是黑暗中的一盏明灯。聚羟基脂肪酸酯（PHAs）作为一种可生物降解的聚合物，其研究和应用前景广阔，而将其与“天然高分子基新材料”这一概念结合，更是点明了该书的核心价值所在。我非常期待书中能够详细阐述PHAs的各种合成途径，无论是利用不同种类的微生物，还是采用不同的碳源，以及这些差异如何影响PHAs的分子量、组成、结晶度等关键特性。同时，我也希望书中能就PHAs在不同领域的应用进行深入的讨论，例如在生物医学、包装材料、甚至3D打印等方面的潜力，这对于拓展我的研究思路具有重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对前沿材料科学充满好奇的研究生，我最近有幸接触到一本名为《天然高分子基新材料：微生物聚羟基脂肪酸酯》的书籍。尽管我还没有来得及深入研读，但从其厚重的篇幅和严谨的排版来看，它无疑是一部凝聚了众多研究者心血的学术专著。书中那深邃的标题本身就勾勒出了一幅令人神往的画卷：利用大自然最精妙的造物——微生物，去创造一系列具备优异性能的、源于自然的聚合物。我尤其对书中可能深入探讨的“微生物发酵”这一过程感到兴奋，那其中蕴含的生物合成机制，以及如何通过调控发酵条件来影响最终材料的分子结构和性能，必定是值得细细品味的内容。