纳米复合材料制造技术

本发明专利技术涉及纳米颗粒及其形成纳米复合材料特别是生物复合材料的用途，具体地说，其中使用附着到纤维素材料和/或纤维素衍生材料的支架上的植物病毒形成纳米颗粒，特别是其中所述纤维素材料还包括植物细胞组分，例如半纤维素、果胶、蛋白质或其组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】纳米复合材料专利
本专利技术涉及纳米颗粒及其在形成纳米复合材料中的用途，特别是在生物纳米复合材料中的用途，具体地说，其中纳米颗粒通过使用连接到纤维素、纤维素材料和/或纤维素衍生材料的支架的植物病毒形成。专利技术背景包括在聚合物纳米复合材料中的纳米颗粒已经成为越来越受关注的领域，因为工业已经通过给现有材料提供附加性质来寻求改善材料。这已经在例如Richard,A.VaiaandH.DanielWagner.MaterialsToday2004,7,32–37中讨论。植物病毒和植物病毒的自组装组分已被讨论作为可用作潜在的新型材料和金属纳米粒子模板的纳米构建块(nanobuildingblock)，如AlaaA.A.Aljabali,J.ElaineBarclay,GeorgeP.LomonossoffandDavidJ.Evans.Nanoscale,2010,2,2596-2600中所讨论的。虽然功能化病毒以前是作为形成完整全病毒的支架结构的一部分提供的，但是对于可以形成的结构来说，这是一个限制。专利技术概述本专利技术人已经确定了纳米材料和纳米复合材料，其包括病毒或病毒样结构(病毒的结构组分，例如不包括核酸的病毒或来自病毒的结构组分形成的纳米颗粒)，其中病毒或病毒样结构可以包括肽序列或者与这样的肽或整个蛋白质(例如酶)融合，所述肽或蛋白质实现反应和/或促进使材料与病毒或病毒样结构、或由排列在非病毒支架材料或结构上的病毒或病毒样结构形成的纳米颗粒的结合。这使得支架材料能够被广泛地功能化并且允许形成更多受控的纳米复合材料纳米结构或微结构。通过形成具有例如强度、刚度或韧度的机械性能的纳米复合材料，可以向支架材料提供改进的功能性。本专利技术人已经确定了通过化学或遗传方式修饰以展示特定功能性肽或全蛋白(包括酶)在其表面的病毒颗粒或病毒样颗粒或由病毒的结构组分形成的其它纳米颗粒，特别是植物病毒或噬菌体或病毒样颗粒，可以与非病毒底物支架(例如纤维素衍生支架)组合使用以提供在其上或其中具有病毒颗粒的支架从而形成纳米复合材料。特别地，本专利技术人已经确定来自植物材料的纳米纤维素可以用作在其上或其中排列功能化病毒(和由其形成的纳米颗粒)的支架。这些纳米复合纤维素材料可以提供给纤维素材料不同的性能并可以用于各种目的。因此，本专利技术的第一方面提供了包括非病毒支架的纳米复合材料，其中非病毒支架具有至少一种病毒颗粒，所述病毒颗粒被修饰从而在病毒颗粒表面展示功能性肽。在具体实施方案中，病毒颗粒和非病毒支架给纳米复合材料提供性能，其不同于非病毒支架或病毒颗粒单独地提供的性能。在实施方案中，功能性肽可以是提供在病毒表面上的肽序列，其允许进行感兴趣的反应，或允许特定底物、配体或分子与病毒结合，例如抗体、金属离子、钙离子或PO43-。在实施方案中，肽序列可以包括全蛋白，特别是酶。适当地，病毒颗粒可以是病毒或可以形成病毒样颗粒或结构的病毒结构组分或由其形成的纳米颗粒，例如不具有感染性的病毒颗粒，因为它不包括核酸组分但可以在表面展示肽。例如，牛乳头状瘤病毒(BPV)的外壳蛋白可以自组装成可用于展示各种功能基团的球形纳米级结构(Love,A.J.,Chapman,S.N.,Matic,S.,Noris,E.,Lomonossoff,G.P.andTaliansky,M.E.2012.Inplantaproductionofacandidatevaccineagainstbovinepapillomavirustype1.Planta236,1305-1313)。类似地，例如其它病毒如豇豆花叶病毒和人乳头状瘤病毒的外壳蛋白具有这种效用。此外，一些球形无RNA纳米颗粒也可以由棒状病毒(例如烟草花叶病毒(TMV))的外壳蛋白形成。根据本专利技术的第二方面，提供了形成包括非病毒支架的纳米复合材料的方法，其中该方法包括给非病毒支架提供至少一种病毒颗粒、病毒样颗粒或由其形成的纳米颗粒的步骤，所述至少一种病毒颗粒、病毒样颗粒或由其形成的纳米颗粒被修饰从而在病毒颗粒表面展示功能性肽。在实施方案中，形成本专利技术第一方面的纳米复合材料的方法包括以下步骤：将支架与经修饰的病毒颗粒混合以提供支架病毒颗粒混合物，并干燥混合物以形成纳米复合物。在实施方案中，纳米复合材料是多组分材料，其中组分之一具有小于100nm的一维、两维或三维。通常，纳米复合材料将与组分材料的功能明显不同。支架在实施方案中，支架可以是非病毒纤维或结构，例如具有高纵横比、长长度和可控宽度的聚合物棒、碳纳米管等，例如至少500nm、至少1微米、至少2微米、至少3微米、至少4微米、至少5微米或长于5微米的长度。在实施方案中，支架可以包括两个或更多个非病毒纤维或结构，其被布置形成二维结构，例如膜状层、网状层或交联纤维基质。在实施方案中，二维支架可以包括交联的非病毒纤维提供用于诸如分离方案、浓缩方案、过滤方案等应用的大表面面积。在实施方案中，支架可以是包括线性、支化、超支化聚合物或其组合的聚合物支架。在实施方案中，二维支架结构可与额外的二维支架结构组合以提供多层膜或层状结构。因此，非病毒纤维和/或二维支架结构可以形成三维支架的构建块。在实施例中，可以通过提供第一层然后在第一层上形成第二层来形成支架。在实施方案中，非病毒支架可以包括有机支架或无机支架。在具体实例中，支架可以包括碳纤维、碳纳米管、玻璃纤维、丝纤维、聚芳酰胺纤维、大麻纤维或亚麻纤维或其组合。在实施方案中，非病毒支架可以包括塑料或陶瓷。在实施方案中，非病毒支架可以包括有机底物，例如有机聚合物，例如在实施方案中，非病毒支架可以包括天然纤维聚合物。在实施方案中，天然纤维聚合物可包括植物纤维如椰壳纤维、大麻、黄麻、木纤维、剑麻、秸秆、纤维素等。在实施方案中，支架可以包括纤维素材料，例如纤维素衍生物、纤维素纳米颗粒、纤维素微纤维或纳米晶体。本领域技术人员将理解，这种纤维素材料将不同于微晶纤维素。适当地，在实施方案中，本文讨论的纤维素材料与微晶纤维素不同之处在于，纤维素材料包括来自植物材料的植物细胞壁的其它组分，其中纤维素材料衍生自植物材料，例如还包括半纤维素、果胶、蛋白质或其组合。这将从用于提取纤维素材料的方法中明显的看出。在合适的实施方案中，植物细胞壁材料可以包括纤维素、半纤维素(例如木葡聚糖、木聚糖、甘露聚糖和葡甘露聚糖)、果胶和蛋白质(如糖蛋白)。在这样的实施方案中，支架材料可以包括植物细胞、植物细胞壁或其部分、相关的植物细胞聚合物组分或其组合，例如含有纤维素材料的支架可以包括纤维素、半纤维素、果胶和蛋白质。在实施方案中，支架可以是整体(monolithic)结构。在其它实施方案中，支架可以是层状(laminate)结构。在另外的实施方案中，支架可以是纤维结构或丝结构或晶格结构。适当地，病毒颗粒和其纳米颗粒可以结合到支架上，使得它们通过支架提供有序的单层或多个单层。或者，病毒颗粒和/或其纳米颗粒可以分布在整个支架或部分支架中。病毒颗粒在支架中或支架上的分布可能受病毒颗粒及其纳米颗粒向支架的供给或施加的影响。用于本专利技术的非病毒支架可以通过多种不同的加工途径生产。例如，如果非病毒支架包括纤维素或纤维素材料，则其可以由木本植物(如树)或草本植物(如根类蔬菜)生产。取决于起始材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括非病毒支架的纳米复合材料，其中所述非病毒支架具有至少一种病毒颗粒或病毒样颗粒或由病毒组分形成的结构，所述病毒颗粒或病毒样颗粒或由病毒组分形成的结构被修饰以在颗粒表面展示功能性肽或全蛋白或酶。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.02 GB 1505767.21.一种包括非病毒支架的纳米复合材料，其中所述非病毒支架具有至少一种病毒颗粒或病毒样颗粒或由病毒组分形成的结构，所述病毒颗粒或病毒样颗粒或由病毒组分形成的结构被修饰以在颗粒表面展示功能性肽或全蛋白或酶。2.一种形成纳米复合材料的方法，包括给非病毒支架提供至少一种病毒颗粒或病毒样颗粒或由病毒蛋白组分形成的结构，所述病毒颗粒或病毒样颗粒或由病毒蛋白组分形成的结构被修饰以在颗粒表面展示功能性肽或全蛋白或酶。3.权利要求2的形成纳米复合材料的方法，其中所述方法包括以下步骤-将所述支架与至少一种病毒颗粒或病毒样颗粒或由病毒蛋白组分形成的结构混合以提供支架-病毒颗粒混合物，和-使混合物干燥以形成纳米复合物。4.前述权利要求中任一项的纳米复合材料或方法，其中所述支架包括纤维素材料、纤维素衍生物、纤维素纳米颗粒或纳米纤维素、纤维素微原纤维或纤维素纳米晶体。5.权利要求4的纳米复合材料或方法，其中所述纤维素材料进一步包括选自半纤维素、果胶、蛋白质或其组合的植物细胞组分。6.前述权利要求中任一项的纳米复合材料或方法，其中所述支架是选自膜状层、网状层或交联纤维基质的二维结构。7.前述权利要求中任一项的纳米复合材料或方法，其中所述支架由第一层二维支架和第二层二维支架形成，所述第二层二维支架在所述第一层二维支架之上形成以形成多层或层状结构。8.前述权利要求中任一项的纳米复合材料或方法，其中所述支架包括碳纤维，碳纳米管，玻璃纤维，丝纤维，芳纶纤维，或包括椰纤维、大麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、木纤维、剑麻纤维、秸秆纤维、纤维素等的天然纤维。9.前述权利要求中任一项的纳米复合材料或方法，其中所述非病毒支架包括多个由纤维素纳米纤维/微原纤维网组成的纤维素片段、位于纤维素纳米纤维/微原纤维网内的一种或多种亲水性粘合剂和一种或多种布置为与亲水性粘合剂相互作用以包封所述多个纤维素片段的疏水性粘合剂。10.前述权利要求中任一项的纳米复合材料或方法，其中所述非病毒支架包括用多种纤维增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·塔利安斯基，A·勒弗，E·惠尔，D·赫普沃斯，N·佩图霍瓦，J·肖，
申请(专利权)人：塞鲁康普有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB