共混体系相与形态结构控制的无规聚3-羟基丁酸酯生物降解行为研究

The biodegradation behaviors of atactic poly(3-hydroxybutyrate) in blends with crystalline aliphatic polyester,e.g.,poly(L-lactic acid), poly(epsilon caprolactone)，and poly(butylene adipate) will be studied in this proposal.The dimensions of microdomains in blends, morphology and structures of aliphatic polyester , and diffusion of aPHB will be tailored by changing blend compositions，molecular weight, and processing conditions of blends ( the rate of heating and cooling, temperatures of melt-crystallization and cold crystallization).The polymer blends will be incubated in a buffered solution of PHB-depolymerase A from Pseudomonas Lemoignei.The rate of enzymatic hydrolysis, morphology and structures in the biodegradation process will be followed. The influence of phase separation structures, microdomain dimensions, morphology and structures of crystalline polyesters(crystlline or amorphous in blends, modifications, crystal dimensions)on adsorption and depolymerization of PHB depolymerase will be revealed.The independent and incorporated effects of phase structures, crystallinity, crystalline structures and morphology, crystals dimensions on depolymerization of aPHB depolymerase will be illustrated.The essense of biodegradation promoted by crystalline aliphatic polyesters will be clarified.

本项目拟研究与结晶性脂肪族聚酯（如聚乳酸、聚己内酯和聚己二酸丁二醇酯等）共混后无规聚3-羟基丁酸酯（aPHB）的生物降解行为。通过改变共混组分配比、分子量、热处理条件（如升降温速率、熔体结晶及冷结晶的温度等）可以调节共混体系两相微区尺寸、结晶性聚酯的形态结构及aPHB的分布。将具有不同相结构及形态结构的共混样品在含PHB解聚酶（从勒氏假单胞菌提取）的缓冲溶液中进行酶降解实验,跟踪观察酶降解速率及样品形态结构的变化，关联共混体系的相分离结构、微区尺寸和结晶性聚酯形态结构（结晶与非晶、晶型、晶体尺寸等）等因素对于aPHB降解行为的影响。明确aPHB与结晶性聚酯的共混体系中相结构、结晶性聚酯的结晶度、晶型结构、晶体形态、尺寸及aPHB的分布对于PHB解聚酶的吸附及对于aPHB的降解行为单独及协同作用规律，进而揭示结晶聚合物组分促进aPHB酶降解行为本质。

结构与性能关系及调控、酶降解行为都是可生物降解聚酯应用中科研人员关心的问题。本研究选取了两种可生物降解聚酯，聚己二酸丁二醇酯（PBA）、聚3-羟基丁酸酯（PHB），分别与非晶组分无规聚三羟基丁酸酯（aPHB）、对羟基苯乙烯（PVPh）及聚碳酸亚丙酯（PPC）共混。研究了共混体系的相容性、相分离及结晶的协同作用下的薄膜形态结构及其对结晶性聚酯晶型转变、酶降解行为的影响。结果表明在共混薄膜材料中，由于组分的表面能不同，造成垂直方向的相分离，在水平方向的结构则由相分离和结晶共同作用产生。两个方向的协同作用造成薄膜丰富的形态结构。此外，非晶组分的加入能够促进晶型转变的发生，分子间相互作用越强，相容性越好的体系，其转变越快。这也证明了β-PBA向α-PBA的晶型转变是一种熔融再结晶行为。而且，非晶组分的加入也影响到PBA的酶降解行为，非晶组分的玻璃化转变温度越高，共混体系非晶区分子链段的活动性越弱，酶降解速率越慢。研究发现PBA的酶降解不但受到晶型的影响，其片晶的形态和取向对酶降解也有较大影响。本课题研究结果为生物可降解聚酯的进一步开发应用提供理论支持。