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北京化工大學(xué)程剛和合作者使用大科學(xué)裝置小角中子散射揭示了木質(zhì)素分子和木質(zhì)素納米顆粒的溶液結(jié)構(gòu)，提出了影響木質(zhì)素分子在溶液中聚集的結(jié)構(gòu)因素，展示了木質(zhì)素納米顆粒在水溶液中的致密性，并對(duì)于木質(zhì)素溶液和納米顆粒的細(xì)胞毒性進(jìn)行了比較。

木質(zhì)素納米顆粒作為實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素高值化利用的一個(gè)重要途徑已經(jīng)日益受到重視。制備木質(zhì)素納米顆粒最常用的方法是溶液法，即將木質(zhì)素溶解于有機(jī)溶劑中，然后通過加入水或酸來降低其溶解度，從而制備納米顆粒。目前對(duì)于木質(zhì)素納米顆粒的形成機(jī)理的研究都假設(shè)木質(zhì)素分子能夠均勻分散于溶劑中。由于木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的多變性和不均一性，目前其溶液結(jié)構(gòu)并未得到闡明。另外，由于缺乏有效的研究手段，木質(zhì)素納米顆粒在水溶液中的結(jié)構(gòu)也有待于進(jìn)一步研究。有研究提出，木質(zhì)素納米顆?？梢员幻枋龀芍旅茴w粒，軟顆?；蛘哕洑?致密核結(jié)構(gòu)。

北京化工大學(xué)程剛和合作者通過小角中子散射，對(duì)6種不同來源的木質(zhì)素溶液進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果顯示，所有木質(zhì)素在二甲基亞砜等常見木質(zhì)素溶劑中并未形成單分子分散的溶液，其結(jié)構(gòu)為單分子+聚集體或者聚集體。小角中子散射數(shù)據(jù)分析得到了木質(zhì)素分子的大小，其長度為60 至 130 ?， 截面半徑為8 至 14 ?。研究發(fā)現(xiàn)，不同的木質(zhì)素分子在二甲基亞砜具備不同的聚集度，其聚集度取決于脂肪族羥基和酚羥基之比。該比值越小，聚集度越低。另外，在溶液中，高分子量的木質(zhì)素分子形成聚集體，低分子量的木質(zhì)素分散為單分子。木質(zhì)素的拆分可以降低其結(jié)構(gòu)的不均一性。作者使用丙酮對(duì)三種木質(zhì)素進(jìn)行了拆分，其中溶解于丙酮的部分可以在二甲基亞砜中形成均勻的單分子溶液。作者所在課題組在2016年發(fā)表了一篇綜述，對(duì)木質(zhì)素納米顆粒的應(yīng)用前景進(jìn)行了預(yù)測(cè)。最近五年關(guān)于木質(zhì)素納米顆粒的研究證實(shí)了作者的預(yù)測(cè)。這里，作者使用小角中子散射研究了木質(zhì)素納米顆粒水溶液的結(jié)構(gòu)。作者發(fā)現(xiàn)，木質(zhì)素納米顆粒是一個(gè)致密的球體，但是其表面被一個(gè)大的水化層包圍。其中水化層的厚度可以達(dá)到納米顆粒半徑的2倍。木質(zhì)素納米顆粒水溶液可以將納米顆粒的應(yīng)用拓展到生物醫(yī)藥領(lǐng)域。作者比較了木質(zhì)素的二甲基亞砜溶液和納米顆粒水溶液的細(xì)胞毒性，發(fā)現(xiàn)納米顆?？梢越档湍举|(zhì)素的細(xì)胞毒性，展示了其作為藥物和基因載體的應(yīng)用前景。