Целлюлоза в каких продуктах содержится

Как клетчатка способствует похудению и в каких продуктах содержится?

Один из простых способов ускорить похудение – наполнить рацион продуктами, богатыми клетчаткой. Пищевые волокна очищают организм, способствуя уходу лишних килограммов, и улучшают общее состояние здоровья.

Что такое клетчатка?

Клетчатка – это пищевые волокна растительного происхождения. Они делятся на растворимые и нерастворимые.

Нерастворимые волокна необходимы для регулярной чистки кишечника. Растворимые впитывают и выводят из организма вредные вещества, холестерин, различные канцерогены и тяжелые металлы.

Польза клетчатки для похудения

Чтобы сбросить лишний вес и при этом не навредить организму, достаточно разнообразить рацион продуктами с большим содержанием пищевых волокон. Польза клетчатки для похудения:

• ускорение процессов обмена веществ и общего метаболизма;
• восстановление нормальной микрофлоры кишечника;
• снижение уровня сахара в крови;
• уменьшение риска развития рака толстой кишки;
• нормализация перистальтики кишечника;
• возникновение длительного чувства сытости.

Внимание! Постоянное употребление грубых пищевых волокон помогает контролировать уровень сахара и холестерина в крови.

Суточная норма клетчатки

Ежедневная норма клетчатки для тех, кто хочет поддержать здоровье организма и сохранить нормальный вес – 25–40 грамм. Диетологи советуют разделить суточную норму клетчатки на несколько приемов пищи.

Внимание! Поскольку моторная функция кишечника с возрастом снижается, пожилым людям рекомендуется ориентироваться на меньшее количество клетчатки в сутки.

В каких продуктах содержится?

Наиболее полезный для похудения продукт с клетчаткой – отруби. Их достаточно запарить перед употреблением на полчаса в горячей воде. Есть и готовые для употребления отруби.

Внимание! Диетологи советуют не употреблять больше 30 грамм отрубей в сутки и вводить их в рацион постепенно.

Советы по употреблению клетчатки:

• При приеме клетчатки необходимо соблюдать питьевой режим.
• Первый шаг к употреблению продуктов с клетчаткой – замена белого хлеба на черный или на отрубной.
• 1-2 порции пищи в сутки должны состоять из цельнозерновых продуктов.
• Не стоит злоупотреблять семенами и орехами.
• Овощи рекомендуется сочетать с мясными блюдами.

Больше всего клетчатки в следующих продуктах:

• грейпфрут;
• авокадо;
• малина;
• яблоко с кожурой;
• чечевица;
• черные бобы;
• фасоль;
• хлеб с отрубями;
• овес;
• брокколи;
• овес;
• ячмень;
• пшено.

Внимание! Чтобы получить максимальное количество клетчатки из фруктов и овощей, нужно употреблять их с кожицей.

Противопоказания

Есть список заболеваний, при которых не стоит увлекаться клетчаткой и грубым пищевым волокном, поскольку это приведет к вздутию, болезненным ощущениям или запорам:

• воспалительные и инфекционные процессы в желудочно-кишечном тракте;
• язва желудка или двенадцатиперстной кишки;
• диарея;
• гастрит.

В любом случае резко менять рацион не стоит. Если есть желание повысить количество грубых пищевых волокон в ежедневном меню, то для начала стоит посоветоваться с диетологом. Особенно это касается беременных и кормящих грудью женщин. При кормлении грудью важно наблюдать за реакцией малыша на все изменения в мамином рационе.

Существуют разные методики похудения, но увеличение количества клетчатки в ежедневном рационе полезно не только для фигуры, но и для здоровья.

Simple English Wikipedia, бесплатная энциклопедия

Целлюлоза - основное химическое вещество, составляющее основную структуру растений. Это самая распространенная макромолекула на Земле. Это тоже волокно. Целлюлоза - очень сложный углевод, состоящий из 3000 или более единиц глюкозы. Целлюлоза была открыта Ансельмом Пайеном в 1838 году. Он выделил ее из растительного вещества и определил ее химическую формулу. Целлюлоза - наиболее распространенное органическое соединение на Земле.

Целлюлоза не имеет вкуса. Не имеет запаха и гидрофильна. ^[1] Нерастворим в воде и большинстве органических растворителей. Он хиральный и биоразлагаемый. ^[2]

Целлюлоза производится из глюкозы и составляет большую часть клеточной стенки растительных клеток. Это то, что держит растение в форме. Люди и другие животные не могут переваривать целлюлозу, но некоторые животные, такие как термиты и жвачные животные, используют бактерии для ее переваривания.

Это полисахарид, который представляет собой повторяющиеся единицы моносахарида, соединенные вместе гликозидной связью в результате реакции конденсации. Это побочный продукт воды, который содержится в растениях.Это очень сложно, потому что, когда вы соединяете бета-глюкозу вместе, они идут вверх противоположными, связи прямые, образуя прямые цепи. Между полимерами существуют водородные связи.

Эти волокна собраны в пучки примерно по 40 штук, называемые микрофибриллами . Микрофибриллы встроены в гидратированную сеть других полисахаридов. Стенка клетки собирается на месте. Детали создаются внутри клетки, а затем собираются ферментами, связанными с клеточной мембраной.

В основном используется для изготовления бумаги.Он также используется для изготовления хлопка, льна и вискозы для одежды, нитроцеллюлозы для взрывчатых веществ и ацетата целлюлозы для пленок. ^[3] Целлюлоза используется в качестве изоляции в трансформаторах, кабелях и другом электрическом оборудовании. ^[4] Микрокристаллическая целлюлоза и порошковая целлюлоза используются в качестве неактивных наполнителей в таблетках лекарств. Производные целлюлозы используются в качестве эмульгаторов, загустителей и стабилизаторов в обработанных пищевых продуктах. ^[5] Целлюлозу можно превратить в целлофан.Целлюлоза используется для изготовления водорастворимых клеев и связующих, таких как метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза.

1. ↑ Бишоп, Чарльз А. (2007). Вакуумное напыление на полотна, пленки и фольгу . Норидж, Нью-Йорк: Уильям Эндрю Паб. ISBN 978-0-8155-1947-8 . OCLC 183666049.
2. ↑ Уайман, Чарльз Э. (1994). «Этанол из лигноцеллюлозной биомассы: технологии, экономика, возможности». Биоресурсные технологии . 50 (1): 3–15.DOI: 10.1016 / 0960-8524 (94) 90214-3.
3. ↑ «Целлюлоза - обзор | Темы ScienceDirect». www.sciencedirect.com . Проверено 20 мая 2020.
4. ↑ Кохман, Г. Т. (1939). «Целлюлоза как изоляционный материал». Промышленная и инженерная химия . 31 (7): 807–817. DOI: 10.1021 / ie50355a005. ISSN 0019-7866.
5. ↑ Токсичность и безопасность вспомогательных веществ . Вайнер, Майра Л., 1944-, Коткоски, Лоис А.Нью-Йорк: М. Деккер. 2000. ISBN 0-8247-8210-0 . OCLC 42649682. CS1 maint: другие (ссылка)

A-level прикладная наука / химия цвета / волокна / целлюлоза - Викиучебники, открытые книги для открытого мира

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

сот | Определение, типы и функции

Клетки - это основные единицы жизни.

Клетка , в биологии, основная мембраносвязанная единица, которая содержит основные молекулы жизни и из которой состоит все живое. Одна клетка часто сама по себе является целостным организмом, например, бактериями или дрожжами.По мере созревания другие клетки приобретают особые функции. Эти клетки взаимодействуют с другими специализированными клетками и становятся строительными блоками больших многоклеточных организмов, таких как люди и другие животные. Хотя клетки намного больше атомов, они все же очень маленькие. Самые маленькие из известных клеток - это группа крошечных бактерий, называемых микоплазмами; некоторые из этих одноклеточных организмов представляют собой сферы диаметром всего 0,2 мкм (1 мкм = около 0,000039 дюйма) с общей массой 10 ^-14 граммов, что равно 8 000 000 000 атомов водорода.Клетки человека обычно имеют массу в 400 000 раз больше, чем масса отдельной бактерии микоплазмы, но даже человеческие клетки имеют лишь около 20 мкм в поперечнике. Для того, чтобы закрыть булавочную головку, потребуется лист из примерно 10 000 человеческих клеток, а каждый человеческий организм состоит из более чем 30 000 000 000 000 клеток.

Основные структуры животной клетки Цитоплазма окружает специализированные структуры клетки, или органеллы. Рибосомы, места синтеза белка, находятся в цитоплазме в свободном состоянии или прикреплены к эндоплазматическому ретикулуму, через который материалы транспортируются по клетке.Энергия, необходимая клетке, выделяется митохондриями. Комплекс Гольджи, стопки сплюснутых мешочков, обрабатывает и упаковывает материалы, которые должны быть выпущены из клетки в секреторные пузырьки. Пищеварительные ферменты содержатся в лизосомах. Пероксисомы содержат ферменты, выводящие токсины из опасных веществ. Центросома содержит центриоли, которые играют роль в делении клеток. Микроворсинки - это пальцевидные отростки, обнаруженные на определенных клетках. Реснички, похожие на волосы структуры, которые выходят на поверхность многих клеток, могут создавать движение окружающей жидкости.Ядерная оболочка, двойная мембрана, окружающая ядро, содержит поры, которые контролируют движение веществ в нуклеоплазму и из нее. Хроматин, комбинация ДНК и белков, которые скручиваются в хромосомы, составляет большую часть нуклеоплазмы. Плотное ядрышко является местом образования рибосом.

Популярные вопросы

Что такое ячейка?

Клетка - это масса цитоплазмы, которая снаружи связана клеточной мембраной. Обычно микроскопические по размеру клетки представляют собой мельчайшие структурные единицы живого вещества и составляют все живое.Большинство клеток имеют одно или несколько ядер и других органелл, которые выполняют множество задач. Некоторые отдельные клетки представляют собой полноценные организмы, такие как бактерии или дрожжи. Другие представляют собой специализированные строительные блоки многоклеточных организмов, таких как растения и животные.

Что такое клеточная теория?

Теория клетки утверждает, что клетка является фундаментальной структурной и функциональной единицей живого вещества. В 1839 году немецкий физиолог Теодор Шванн и немецкий ботаник Маттиас Шлейден заявили, что клетки являются «элементарными частицами организмов» как у растений, так и у животных, и признали, что одни организмы одноклеточные, а другие многоклеточные.Эта теория ознаменовала собой большой концептуальный прогресс в биологии и привела к возобновлению внимания к жизненным процессам, протекающим в клетках.

Что делают клеточные мембраны?

Клеточная мембрана окружает каждую живую клетку и отделяет клетку от окружающей среды. Он служит барьером, препятствующим проникновению содержимого клетки и проникновению нежелательных веществ. Он также функционирует как ворота для активного и пассивного перемещения основных питательных веществ в клетку и отхода из нее.Определенные белки клеточной мембраны участвуют в межклеточной коммуникации и помогают клетке реагировать на изменения в окружающей среде.

В этой статье клетка рассматривается как отдельная единица и как составляющая часть более крупного организма. Как отдельная единица, клетка способна метаболизировать свои собственные питательные вещества, синтезировать многие типы молекул, обеспечивать свою собственную энергию и воспроизводить себя, чтобы производить следующие поколения. Его можно рассматривать как закрытый сосуд, внутри которого одновременно происходят бесчисленные химические реакции.Эти реакции находятся под очень точным контролем, поэтому они способствуют жизни и размножению клетки. В многоклеточном организме клетки становятся специализированными для выполнения различных функций в процессе дифференцировки. Для этого каждая ячейка поддерживает постоянную связь со своими соседями. Получая питательные вещества из окружающей среды и выбрасывая отходы, она прилипает к другим клеткам и взаимодействует с ними. Совместные сборки одинаковых клеток образуют ткани, а сотрудничество между тканями, в свою очередь, формирует органы, которые выполняют функции, необходимые для поддержания жизни организма.

Особое внимание в этой статье уделяется животным клеткам, с некоторым обсуждением процессов синтеза энергии и внеклеточных компонентов, свойственных растениям. (Для подробного обсуждения биохимии растительных клеток, см. Фотосинтез . Для полной обработки генетических событий в ядре клетки, см. Наследственность .)

Природа и функции клеток

A клетка окружена плазматической мембраной, которая образует селективный барьер, позволяющий питательным веществам проникать, а отходам - ​​выходить.Внутренняя часть клетки состоит из множества специализированных отсеков или органелл, каждый из которых окружен отдельной мембраной. Одна из основных органелл, ядро, содержит генетическую информацию, необходимую для роста и размножения клеток. Каждая клетка содержит только одно ядро, тогда как другие типы органелл присутствуют в множестве копий в клеточном содержимом или цитоплазме. Органеллы включают митохондрии, которые отвечают за передачу энергии, необходимую для выживания клеток; лизосомы, которые переваривают нежелательные материалы внутри клетки; и эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи, которые играют важную роль во внутренней организации клетки, синтезируя выбранные молекулы, а затем обрабатывая, сортируя и направляя их в нужное место.Кроме того, клетки растений содержат хлоропласты, которые отвечают за фотосинтез, благодаря чему энергия солнечного света используется для преобразования молекул углекислого газа (CO ₂ ) и воды (H ₂ O) в углеводы. Между всеми этими органеллами есть пространство в цитоплазме, называемое цитозолем. Цитозоль содержит организованный каркас из волокнистых молекул, составляющих цитоскелет, который придает клетке ее форму, позволяет органеллам перемещаться внутри клетки и обеспечивает механизм, с помощью которого сама клетка может двигаться.Цитозоль также содержит более 10 000 различных видов молекул, которые участвуют в клеточном биосинтезе, процессе создания больших биологических молекул из маленьких.

Клетки животных и растений содержат мембраносвязанные органеллы, в том числе отдельное ядро. Напротив, бактериальные клетки не содержат органелл.

Специализированные органеллы характерны для клеток организмов, известных как эукариоты. Напротив, клетки организмов, известных как прокариоты, не содержат органелл и обычно меньше эукариотических клеток. Однако все клетки имеют сильное сходство в биохимической функции.

Рисунок эукариотической клетки в разрезе.

Молекулы клеток

Клетки поглощают молекулы через свои плазматические мембраны.

Клетки содержат особый набор молекул, которые заключены в мембрану. Эти молекулы дают клеткам возможность расти и воспроизводиться. Общий процесс клеточного размножения происходит в два этапа: рост клеток и деление клеток. Во время роста клетки клетка поглощает определенные молекулы из своего окружения, избирательно перенося их через клеточную мембрану. Попадая в клетку, эти молекулы подвергаются действию узкоспециализированных, больших, тщательно свернутых молекул, называемых ферментами.Ферменты действуют как катализаторы, связываясь с проглоченными молекулами и регулируя скорость их химического изменения. Эти химические изменения делают молекулы более полезными для клетки. В отличие от проглоченных молекул, катализаторы сами химически не изменяются во время реакции, что позволяет одному катализатору регулировать конкретную химическую реакцию во многих молекулах.

Биологические катализаторы создают цепочки реакций. Другими словами, молекула, химически преобразованная одним катализатором, служит исходным материалом или субстратом для второго катализатора и так далее.Таким образом, катализаторы используют небольшие молекулы, принесенные в клетку из внешней среды, для создания все более сложных продуктов реакции. Эти продукты используются для роста клеток и воспроизведения генетического материала. После копирования генетического материала и наличия достаточного количества молекул для поддержания деления клетки клетка делится, образуя две дочерние клетки. Через множество таких циклов клеточного роста и деления каждая родительская клетка может дать начало миллионам дочерних клеток, в процессе преобразования больших количеств неодушевленного вещества в биологически активные молекулы.

Биоэлектронные устройства на основе целлюлозы | IntechOpen

4.1. Матрицы на основе целлюлозы для биологической иммобилизации

И целлюлоза, и производные целлюлозы, такие как нитрат целлюлозы, ацетат целлюлозы и карбоксиметилцеллюлоза, обладают превосходной биосовместимостью, что делает их подходящими для иммобилизации биологических соединений [33, 34]. Как известно, идеальная подложка для ферментов должна быть инертной, стабильной и механически устойчивой, что делает использование целлюлозных матриц идеальным для адсорбции и иммобилизации ковалентных связей.

Модификация целлюлозы дендритной структурой - это новый и интересный путь к синтезу функциональных и нетрадиционных носителей на основе целлюлозы для иммобилизации ферментов. Более того, введение реакционноспособных групп в структуру целлюлозы может позволить ковалентное необратимое присоединение биомолекул. Мария Монтанез [35] и ее команда предложили гибридизацию поверхности целлюлозы с разветвленными дендритными образованиями, которая улучшает чувствительность к биомолекулам.Описанная методология предоставляет новый набор инструментов для разработки сложных биосенсоров с такими преимуществами, как низкий предел обнаружения, универсальность и подавление неспецифических взаимодействий, обеспечивая очень сложные целлюлозные поверхности с беспрецедентной настраиваемостью. Дендримеры - это синтетические макромолекулы с сильно разветвленной структурой и глобулярной формой. Они обладают уникальными свойствами, такими как высокая плотность активных групп, хорошая структурная однородность, внутренняя пористость и хорошая биосовместимость [36].Когда речь идет о биосенсорных приложениях, хорошо определенные дендритные структуры создают поверхности с повышенной воспроизводимостью и высоким сродством к биомолекулярной иммобилизации. Это связано с исключительным контролем над архитектурой в сочетании с возможностью конструирования большого количества доступных активных сайтов на периферии дендритных скелетов.

Еще одним подходом является модификация структур на основе целлюлозы ионными жидкостями (ИЖ). Ионные жидкости часто используются в приготовлении функциональных материалов путем их ковалентного прикрепления к поверхности носителя, образуя стабильный композит.Moccelini [37] сообщил о разработке нового полимерного носителя на основе ацетата целлюлозы и ИЖ на основе 1-н-бутил-3-метилимидазолия бис (трифторметилсульфонил) имида, BMI.N (Tf) ₂ IL, для иммобилизации ферментов. . Введение ИЖ, вероятно, вызывает увеличение расстояния между цепями целлюлозы из-за взаимодействия аниона ИЖ и сетей водородных связей ацетата целлюлозы. Таким образом, фермент может быть захвачен внутри интерстициального пространства сформированного композита, что приводит к значительной стабилизации структуры фермента и, следовательно, увеличивает его активность.Проведенное исследование демонстрирует, что этот материал был способен иммобилизовать лакказу, что привело к получению высокоэффективных и надежных биокатализаторов, что улучшило электрохимические характеристики биосенсора.

Использование ИЖ является альтернативой растворению целлюлозы или облегчению диспергирования углеродных нанотрубок. По этой причине Xuee Wu [38] описывает метод иммобилизации ферментов в матрице из многослойных углеродных нанотрубок из целлюлозы (MWCNT) посредством процесса восстановления IL. Этот метод заключается в растворении целлюлозы в ИЖ с последующим диспергированием МУНТ в растворе и добавлением фермента.Впоследствии IL удаляется путем растворения, оставляя матрицу целлюлоза-MWCNT с ферментом, инкапсулированным на поверхности. Матрица целлюлоза-MWCNT обладает пористой структурой, которая позволяет иммобилизовать большое количество фермента близко к поверхности электрода, где возможна прямая электронная связь между активным центром фермента и электродом. Группы –OH целлюлозы также могут обеспечивать хорошую среду для инкапсуляции фермента. Авторы использовали полученную пористую матрицу для иммобилизации глюкозооксидазы (GOx).Инкапсулированный GOx показал хорошую биоэлектрохимическую активность, повышенное биологическое сродство, а также хорошую стабильность.

Простая методология изготовления электродов и биосовместимость матрицы целлюлоза-MWCNT означают, что матрица иммобилизации может быть расширена на различные белки, что обеспечивает перспективную платформу для дальнейших исследований и разработок биосенсоров и других устройств биоэлектроники.

Использование ИЖ в качестве промежуточного растворителя для облегчения комбинации целлюлозы и УНТ было предложено Джун Ваном [39].Композит из целлюлозы и одностенных углеродных нанотрубок (ОСНТ) был использован для иммобилизации клеток лейкемии K562 на золотом электроде с целью формирования датчика импеданса клетки.

Предусматривая иммобилизацию других биомолекул, Alpat и Telefoncu [40] описывают разработку нового биосенсора, основанного на совместной иммобилизации TBO (толуидиновый синий O), NADH (никотинамидадениндинуклеотид) и ADH (алкогольдегидрогеназа) на Стеклоуглеродный электрод с покрытием из ацетата целлюлозы для идентификации этанола.В процессах ферментации и дистилляции этанол может достигать токсичных концентраций, которые могут вызвать воспаление конъюнктивы слизистой оболочки носа и раздражение кожи. Поэтому правильное обнаружение и количественное определение этанола чрезвычайно важно. Детектор изготавливается простым нанесением на поверхность стеклоуглеродного электрода, а активный слой был приготовлен путем ковалентной связи между медиатором ТВО и мембраной из ацетата целлюлозы. Этот медиатор обычно используется для окисления и определения НАДН.Затем раствор NADH и ADH добавляли к стеклоуглеродному электроду, модифицированному ацетатом целлюлозы и TBO, и проводили испытания. Разработанный биосенсор показал хорошую термическую стабильность и стабильность при длительном хранении.

Иммобилизация белков на твердых поверхностях - ключевой шаг в развитии медицинских диагностических систем. Альтернативный подход к иммобилизации определенных белков - химическая модификация целлюлозы. Стефан Дикманн [41] и его коллеги описали целевую химическую модификацию целлюлозы, которая будет использоваться в качестве субстрата для связывания белков и биокатализаторов.Новое производное целлюлозы, полученное модификацией целлюлозы нитрилотриуксусной кислотой (NTA), было использовано для комплексообразования никеля (II). Образовавшийся комплекс использовали для иммобилизации меченых молекул. Таким образом, производное Ni-целлюлозы позволяет разрабатывать специфические и чувствительные молекулярные диагностические системы. Другой подход предложен Jianguo Juang [42] с использованием листов целлюлозы, функционализированных белками. Поверхность отдельных нановолокон целлюлозы была покрыта ультратонким гелем диоксида титана.Поверхности, покрытые диоксидом титана, затем биотинилировали, создавая монослой биотина на каждом нановолокне за счет координации карбоксильной группы. Затем к функционализированной поверхности добавляли бычий сывороточный альбумин (БСА) для предотвращения неспецифической адсорбции стрептавина. Иммобилизация молекул стрептавина на его поверхности происходила за счет взаимодействия биотин-стрептавин. Стрептавидин имеет две пары сайтов связывания биотина на противоположных сторонах молекулы. При иммобилизации на нановолокне целлюлозы одной парой другая пара становится доступной для дальнейшего прикрепления биотинилированных частиц.Лист целлюлозы, состоящий из множества нановолокон, модифицированных слоями диоксида титана / биотина / БСА с заякоренными молекулами стрептавидина, дает большую площадь поверхности для обнаружения биомолекул, меченных биотином. Таким образом, биофункциональная целлюлоза является многообещающим субстратом для специфического биомолекулярного обнаружения.

Как описано ранее, иммобилизация биологических соединений может быть важным параметром для имплантируемых биосенсоров из-за того, что она определяет чувствительность, селективность и долгосрочную стабильность устройства.Таким образом, целлюлоза является легко функционализированным материалом и идеальной опорой для адсорбции и иммобилизации ковалентных связей биомолекул.

4.2. Устройства хранения энергии на основе целлюлозы

В настоящее время существует большой спрос на разработку новых недорогих, гибких, легких и экологически чистых устройств хранения энергии. В связи с этими потребностями в настоящее время проводятся исследования по разработке новых универсальных и гибких электродных материалов в качестве альтернативы материалам, используемым в батареях и топливных элементах.

Мембраны из бактериальной целлюлозы широко используются в качестве активного слоя для создания электродов для топливных элементов. Барбара Эванс [43] и ее коллеги описывают способность бактериальной целлюлозы катализировать осаждение палладия внутри своей структуры. Поскольку бактериальные фибриллы целлюлозы экструдируются бактериями, а затем самоорганизуются, образуя трехмерную сетчатую конфигурацию, создается структура с большой площадью поверхности с каталитическим потенциалом. Бактериальная целлюлоза имеет восстанавливающие группы, способные способствовать осаждению палладия и других металлов, таких как золото и серебро, из водного раствора.Затем металлизированная бактериальная целлюлоза может быть использована в качестве анода или катода в биотопливных элементах и ​​биосенсорах. Доказана возможность использования бактериальной целлюлозы для анодного окисления H ₂ с использованием устройства преобразования энергии. Другая комбинация электродов на основе бактериальной целлюлозы и углерода была предложена Ян Лян [44]. Он предлагает создание нового композита на основе комбинации нановолокон карбонизированной бактериальной целлюлозы и электрода из углеродной пасты.Углеродистые материалы на основе бактериальной целлюлозы из-за наноразмеров, низкой стоимости и выдающихся электрохимических свойств были бы идеальным кандидатом для изготовления новых электродов из углеродной пасты. Нанокомпозитная мембрана из проводящего полианилина (PANI) / бактериальной целлюлозы была описана Weili Hu [45]. Автор сообщает об окислительной полимеризации анилина, используя трехмерную структуру бактериальной целлюлозы в качестве шаблона. Полученный в результате бактериальный целлюлозный композит, покрытый PANI, образовывал однородную и гибкую мембрану с высокой проводимостью и хорошими механическими свойствами, которую можно было применять в датчиках и гибких электродах.

Другой подход предлагает Сюэянь Чжао [46]. Он сообщает об использовании целлюлозных материалов для получения иерархических углеродных материалов. Новый метод производства углеродных углеродных волокон УНТ был разработан путем карбонизации целлюлозных волокон, представляющего собой рост УНТ в присутствии металлического катализатора. Одно углеродное волокно, модифицированное УНТ, использовали в качестве микроэлектрода, а затем тестировали на эффективность реакции окисления НАДН (никотинамидадениндинуклеотид), образующегося в результате реакции окисления глицерина.Одноволоконный микроэлектрод перспективен для таких приложений, как биосенсоры ферментов, глицерина и NADH. Также Сунгрюл Юн [47] предлагает изготовление композитов MWCNT / целлюлоза. В данной работе MWCNT были ковалентно привиты к целлюлозе. Ковалентно привитые MWCNT улучшают механические свойства целлюлозы за счет их однородного распределения в композите. Более того, если MWCNT могут быть выровнены цепями целлюлозы, механические свойства будут значительно улучшены. Таким образом, гомогенное распределение MWCNT, ковалентно привитых к целлюлозной матрице, позволяет создавать стабильные пути электронов для электроники на основе целлюлозы и механического армирования.

Недавно целлюлозная бумага была (повторно) открыта как интеллектуальный материал, который можно использовать для датчиков и исполнительных механизмов. Устройства накопления энергии на основе целлюлозы обладают существенными неотъемлемыми преимуществами по сравнению со многими используемыми в настоящее время батареями и суперконденсаторами в отношении экологичности, гибкости, стоимости и универсальности. Разработка гибких устройств накопления энергии на основе целлюлозы особенно интересна из-за простых процедур производства этих целлюлозных композитов, которые, следовательно, относительно недороги.На бумажной основе [51] были изготовлены различные типы устройств, такие как тонкопленочные транзисторы [48], дисплеи с активной матрицей, датчики, батареи [49] и конденсаторы [50]. Лянбинг Ху [50] и его коллеги продемонстрировали, что применение бумаги может быть расширено до устройств хранения энергии, покрывая их простым раствором УНТ. Поскольку бумага легко впитывает растворители и прочно связывается с УНТ, процесс изготовления токопроводящей бумаги намного проще, чем для других подложек, таких как стекло или пластик.УНТ, нанесенные на пористую бумагу, более доступны для ионов электролита, чем те, которые нанесены на плоские подложки, что может привести к высокой плотности мощности. Из-за высокой проводимости и большой площади поверхности проводящая бумага была изучена в суперконденсаторах в качестве активных электродов и токоприемников.

Виктор Пушпарадж [52] разработал новую конструкцию и способ изготовления суперконденсатора на основе гибких листов нанокомпозита УНТ-целлюлоза-ИЖ. Они использовали немодифицированную растительную целлюлозу, растворенную в ИЖ и впоследствии включенную в МУНТ.Сформированная нанокомпозитная бумага, которая имеет толщину в несколько десятков микрон, содержит MWCNT в качестве рабочего электрода и целлюлозу, окружающую отдельные MWNT, а также IL в целлюлозе в качестве самоподдерживающегося электролита. В дополнение к использованию электролита IL, авторы предлагают использовать набор электролитов на основе биологических жидкостей, предполагая возможность использования устройства в качестве имплантата для сухого тела. Действительно, использование биологических жидкостей в качестве электролита для энергетических приложений стало идеальной альтернативой имплантируемым медицинским устройствам и одноразовым диагностическим наборам.Самые ранние бумажные батарейки, активируемые мочой, были разработаны Ки Банг Ли [53]. Это устройство состоит из фильтровальной бумаги, легированной хлоридом меди (CuCl), между слоем меди и слоем магния. Затем вся сборка помещается между двумя пластиковыми слоями, а затем ламинируется, пропуская ее через нагретые ролики при 120ºC. Хлорид магния и меди используются в качестве анода и катода устройства соответственно, а слой Cu действует как собирающий электроны слой. Когда в аккумулятор добавляется капля человеческой мочи, моча просачивается через бумагу между слоями Mg и Cu, после чего химические вещества растворяются и вступают в реакцию с образованием электричества.Химический состав мочи широко используется как способ диагностики различных заболеваний, а также как индикатор общего состояния здоровья. Например, концентрация глюкозы в моче может быть полезным диагностическим инструментом для диабетиков. Таким образом, описанная работа продемонстрировала жизнеспособность бумажной батареи, активируемой мочой, для устройств биологического применения, включая домашние наборы для проверки здоровья.

Несомненно, бумажные подложки широко используются для гибкой электроники не только потому, что они намного дешевле, но и потому, что являются одним из самых гибких и легких материалов для этой цели.Поскольку бумага состоит в основном из целлюлозных волокон, она также имеет большую площадь поверхности, что является преимуществом для применения в энергетике.

В последнее время технология электропрядения привлекла внимание при получении функциональных материалов. Электроспиннинг - это широко используемая технология формирования электростатических волокон, в которой используются электрические силы для производства полимерных волокон диаметром от 2 нм до нескольких микрометров с использованием растворов полимеров как природных, так и синтетических полимеров (рис. 3).Этот метод позволяет производить нановолокна, нанотрубки, наноленты и высокопористые мембраны. Нановолокна, полученные методом электропрядения, обладают несколькими преимуществами, такими как чрезвычайно высокое отношение поверхности к объему, регулируемая пористость и широкий диапазон форм поперечного сечения [31]. Благодаря этим преимуществам, наноматериалы электроспрядения обладают уникальными свойствами, применимыми к широкому диапазону областей, включая изготовление наноматериалов для использования в устройствах преобразования энергии.

Рис. 3.

Изображение, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии, электропряденой мембраны из ацетата целлюлозы.

Таким образом, электроспиннинг целлюлозы и ее производных активно изучается [31, 54]. Благодаря своим исключительным свойствам, таким как пористость и большая удельная поверхность, электроспряденные полисахаридные волокна используются в биомедицинских приложениях, таких как тканевая инженерия [55], доставка лекарств [56], антимикробные медицинские имплантаты [57] и биосенсоры [58, 59]. ].

Лю Шуйпин [59] описывает изготовление фотохромных нановолоконных матов методом электроспиннинга.Спиропираны (СП) - это хорошо известный класс материалов, которые обладают обратимыми фотохромными свойствами. В этой работе смешанный раствор ацетата целлюлозы и NO ₂ SP (1,3 ', 3'-триметил-6-нитроспиро (2H-1-бензопиран-2, 2'-индолин) был электроспряден с образованием гомогенного и высокоэффективного пористая мембрана.Определены фотохромные и флуоресцентные свойства функционализированных нановолокон, показывающие, что нановолокна обладают превосходной светочувствительностью. Эти нановолокна имеют большой потенциал для применения в оптических устройствах и биосенсорах.Другой подход описан Нафисехом Шарифи [60], который выбрал метод электроспиннинга для создания наноструктуры с электрокаталитическими свойствами. В этом исследовании основное внимание уделяется новому, более простому и дешевому методу изготовления серебряных наноструктур с использованием целлюлозы в качестве шаблона. Наночастицы серебра были нанесены на электроспряденные целлюлозные волокна с последующим термическим удалением целлюлозного шаблона. Образованная самоподдерживающаяся наноструктура серебра является высокопористой и демонстрирует удельную площадь поверхности, которая фактически подходит для применений в электродах с большой площадью поверхности в электрохимии, таких как топливные элементы.

Фактически, использование электропряденых волокон в разработке функционализированных материалов открывает новый путь для создания новых, легких и гибких наноструктур. Наша исследовательская группа в настоящее время работает над разработкой биобатареи на основе электропряденой ацетатцеллюлозной мембраны [54]. Био-батарея, о которой мы сообщаем, состоит из ультратонкой монолитной структуры, в которой сепаратор и электроды физически интегрированы в тонкую и гибкую полимерную структуру.С помощью электроспиннинга получается высокопористая структура, которая работает как биобатарея после осаждения металлических слоев (электродов) на каждой из поверхностей (рис. 4). Для питания электронных медицинских имплантатов системы электроснабжения должны иметь возможность работать независимо в течение длительного периода времени без необходимости внешней подзарядки или дозаправки. Эта структура на основе целлюлозы продемонстрировала способность генерировать электрическую энергию из физиологических жидкостей, показав плотность мощности 3 мкВт.см ^–2 [54]. Это действительно многообещающее достижение, поскольку типичная мощность, необходимая для работы кардиостимулятора, составляет около 1 мкВт. Помимо поставки устройств с низким энергопотреблением, системы биохимического мониторинга и механизмы стимуляции искусственных мышц человека также могут быть предусмотрены в качестве потенциальной области применения, где желательны имплантируемые источники энергии такого типа.

Рис. 4.

Схематическое и макроскопическое изображение био-батареи, разработанной нашей группой.Он состоит из ацетатцеллюлозной мембраны, полученной методом электроспиннинга, покрытой металлическими слоями, образующими электроды.

Вдохновляющие успехи в разработке инновационных биоэлектронных устройств на основе целлюлозы и их многообещающие перспективы делают эту область исследований сложной задачей. Электронику можно сделать легкой, гибкой и способной к интимной неинвазивной интеграции с мягкими криволинейными поверхностями биологических тканей, открывая важные возможности для диагностики и сбора энергии.

Смотрите также

• 
  Тиоктовая кислота в каких продуктах содержится больше всего
• 
  От каких продуктов колики у грудничков
• 
  В каких продуктах кремний
• 
  Какими продуктами повысить тромбоциты в крови
• 
  В каких продуктах больше всего
• 
  Продукты содержащие салициловую кислоту
• 
  Какой продукт пчеловодства состоит из четырех предлогов
• 
  Продукты содержащие добавки е
• 
  Какие продукты необходимы беременным
• 
  От каких продуктов болит желчный пузырь
• 
  Как влияет содержание воды в продукте на его качество и сохраняемость