羟基脂肪酸单元（HA）引入对聚3-羟基丁酸酯（PHB）生物酶解过程的影响及作用规律研究

Introducing the hydroxyalkanoate (HA) unit in polyester is an effective way to improve the material properties of poly-3-hydroxybutyrate (PHB). However, the changes on the biodegradation of PHB after introduction of HA current lack of in-depth research, and this is important for the applications of biodegradable polyester. On the basis of before study on PHB homopolymer, we will select representative HA unit (3-hydroxyvalerate and 4-hydroxybutyrate) and introduce them in PHB polyester with different components and different ratio. Then the project focuses on the structure, properties and enzyme degrading process study of the PHB copolymer. Through the establishment of analysis methods of solid material hydrolysates to detect action model of depolymerase. Kinetic analysis of enzyme with different substrates and interaction between depolymerase and the material will also be studied. The effects of HA will be elucidated on the level of bond, molecular chains and overall material. The results will reveal the essence contact of "material structure - material properties - material degradation" and the degrading role of short-chain polymer biodegradable polyester copolymer. This study is not only to improve the theory of biodegradable polymer materials, but also to reduce the blindness of polymer modified and to lay a theoretical foundation for controlled biotransformation polyester or synthetic polymer products.

通过引入羟基脂肪酸单元（HA）对聚3-羟基丁酸酯（PHB)进行改性是改善PHB材料性能的有效方法，但HA引入后PHB生物降解特性发生了何种变化目前尚缺乏深入研究，而这一点对于以生物降解性为应用前提的高分子聚酯的开发和应用至关重要。本项目在前期对PHB均聚物生物降解性进行充分研究的基础上，选取代表性的HA单元（3HV和4HB），对其引入PHB后形成的不同组成及含量的共聚物的结构、性质及生物酶解性能进行系统的研究。建立利用分子模拟和化学检测手段分析共聚物酶解过程的方法，分别在化学键、分子链及整体材料水平上阐明HA引入后PHB共聚物酶解作用变化的分子和结构基础；揭示材料一级结构、高级结构及其生物酶解的本质联系，探讨短链高分子聚酯共聚物生物降解的规律。本研究不仅能够完善高分子材料的生物降解理论，而且能够减少高分子改性的盲目性，为实现高分子聚酯的可控合成和转化奠定理论基础。

聚3-羟基丁酸酯（PHB）是重要的生物可降解材料，但其性质上的缺陷使得其在应用中受到限制，近年来通过生物或化学方法在PHB 的链段上引入其他的羟基脂肪酸的链节单元HA 进行改性，从而改善材料的抗冲击性能和加工性能等成为人们关注的热点。但HA引入后PHB生物降解特性发生了何种变化目前尚缺乏深入研究，而这一点对于以生物降解性为应用前提的高分子聚酯的开发和应用至关重要。. 本项目在前期对PHB均聚物生物降解性进行充分研究的基础上，选取代表性结构单元4HB，对其引入后形成的P(3HB-co-4HB)改性材料的结构、性质及生物酶解性能进行了系统的研究。结果显示酶以及材料的理化性质和结构组成都是影响材料降解的重要因素，4HB单元的引入在一定比率内促进了共聚物的降解，这种降解速率产生变化的原因对应于整个酶解过程。我们利用生物化学和高分子化学的检测手段对酶的吸附，分子链解离，酶对化学键的识别和剪切几个方面进行了充分研究，得出了相关结论。4HB的引入对固相PHB衍生材料分子链水平上化学键的剪切是没有影响的，这可能是因为4HB与3HB单元在结构上是类似的，并未促进或阻碍底物进入酶催化活性区域；但是4HB引入影响了酶对底物的吸附以及材料的理化性质。12%左右4HB含量的P(3HB-co-4HB）具有最高的酶吸附率和最低的结晶度，吸附率的增加有助于材料降解速率的提高但不是关键因素，而结晶度直接影响了分子链解离的难易，是固相材料分解的限速步骤，因此我们认为一定含量4HB的加入促进了材料的降解，主要是由于4HB降低了材料的结晶度从而加速了分子链的解离，使得材料的整体降解速率提高。. 本项目重点研究了4HB 单元引入后，PHB 共聚物材料在多个层次上酶解机制的变化，揭示了材料一级结构、高级结构及其生物酶解的本质联系；完善了高分子材料的生物降解理论，并为实现高分子聚酯的可控合成和转化奠定了理论和实践基础。