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3-羟基丁酸4-羟基丁酸共聚酯[P(3HB-co-4HB)]是一种新型的聚β-羟基丁酸酯(PHB),在微生物体内通过调节培养基碳氮源比例合成;P(3HB-co-4HB)可在自然环境中自发降解,终产物为二氧化碳和水;P(3HB-co-4HB)合成原料绿色环保,被认为是传统塑料制品的最佳替代品。目前,关于P(3HB-co-4HB)的研究集中在材料的加工改性上,改性的P(3HB-co-4HB)克服PHB脆而硬的缺点,理化性质接近于传统的通用塑料;通过改变P(3HB-co-4HB)聚合物中4HB单体比例,可以定向调控P(3HB-co-4HB)的理化性质,扩大聚合物的应用范围。然而,对于P(3HB-co-4HB)生物降解性质的研究非常少,自然生态环境条件下P(3HB-co-4HB)聚酯降解性能的评价及降解微生物种类和分布的研究几乎没有。研究者推测P(3HB-co-4HB)的酶解机理与PHB的酶解机理相似。PHB解聚酶的底物结合结构域吸附在PHB表面,PHB解聚酶的催化结构域对PHB进行催化降解,降解产物多为羟基丁酸单体、羟基丁酸二聚体或羟基丁酸寡聚物。4HB单体的引入会改变P(3HB-co-4HB)的理化性质,同样会影响聚合物的降解性能,但4HB的混入通过何种机制来影响聚合物降解性能尚不清楚。随着P(3HB-co-4HB)聚合物在包装领域和生物医疗领域中的广泛应用,其降解特性的研究开始引起人们的关注。本论文主要研究内容为P(3HB-co-4HB)在自然生态环境中降解性能的评估、探索P(3HB-co-4HB)解聚酶对聚合物降解性能的影响因素及确定P(3HB-co-4HB)的酶解机理。利用P(3HB-co-4HB)的生物降解性制备多孔材料,并应用于组织工程和油水分离领域。本文的研究成果如下:1.评价P(3HB-co-4HB)在自然生态环境中的降解性能P(3HB-co-4HB)薄膜可以在自然生态环境的土壤中快速降解,降解50d后失重率为21.94%。不同生态来源的土壤和水体对P(3HB-co-4HB)的生物降解性能存在差异,花土和南湖水分别是土壤和水体中降解p(3hb-co-4hb)性能最好的。相同生态环境条件下,p(3hb-co-4hb)降解性能优于phb的降解性能;4hb单体含量为12mol%时,p(3hb-co-4hb)生物降解性能最佳。不同生态环境条件下,p(3hb-co-4hb)降解微生物的分布是p(3hb-co-4hb)生物降解的源动力;花土壤中微生物总数最大且降解微生物所占比例高,其降解p(3hb-co-4hb)的性能最好。土壤中降解p(3hb-co-4hb)的微生物数量直接影响土壤对聚合物的降解能力,并且这种影响极显著。2.p(3hb-co-4hb)酶解作用的影响因素及酶解机制p34hbasedsgz酶解体系的最适反应温度为50℃,最适缓冲体系为ph8.0磷酸钠缓冲体系,解聚酶的蛋白浓度为0.4mg/ml。混入一定量的聚乳酸(pla)或向酶解反应体系中添加一定量的caco3均可以加快p(3hb-co-4hb)的酶降解速率。p(3hb-co-4hb)自身的理化性质(分子量、结晶度、成膜方式、单体组成)直接影响其酶解效率。不同4hb单体含量的p(3hb-co-4hb)的酶解催化动力学分析结果发现p(3hb-co-4hb)解聚酶对单链水平的p(3hb-co-4hb)无选择特异性。p(3hb-co-4hb)解聚酶酶解p(3hb-co-4hb)的产物为羟基丁酸单体和羟基丁酸二聚体,其中羟基丁酸单体即有3-羟基丁酸单体(3hb)也有4-羟基丁酸单体(4hb)。p34hbasedsgz降解p(3hb-co-4hb)优先产生4hb,随后产生3hb。4hb单体的混入改变p(3hb-co-4hb)的结晶度,进而影响其生物酶解性能。3.选择性酶解p(3hb-co-4hb)/pla共混物中的p(3hb-co-4hb)制备pla多孔材料pla具有良好的生物相容性和强疏水性,利用选择性酶解法制备得到的pla多孔材料可以应用在油水分离和组织工程等领域。通过调节降解时间和p(3hb-co-4hb)在共混体系的比例,可以调控pla多孔支架的孔隙率和多孔结构。pla60型多孔材料孔隙率接近于80%,平均孔径约为80μm,多孔贯通性良好。pla多孔支架表现出一定的疏水性,同时具备良好的机械性能。4.探究pla多孔支架在组织工程领域中的应用价值pla多孔材料在模拟人体缓冲液中可以自发降解,降解产物无毒;该材料具有良好的吸水能力,吸水后仍可保持结构稳定性;其机械性能良好;具备良好的生物相容性,小鼠胚胎成纤维细胞和人肺上皮细胞均可吸附在PLA多孔材料表面,并不断增殖。多聚赖氨酸表面修饰PLA多孔材料,增加材料表面亲水性,可显著提高其细胞相容性。5.探讨PLAs多孔材料在油水分离领域的应用利用淀粉酶选择性酶解PLA/淀粉共混体系中的淀粉,制备得到PLAs多孔材料。该材料表面粗糙且具备强疏水性,多孔均匀分布在多孔材料表面,孔隙率最高可达80%。PLAs多孔支架可以大量吸纳油类物质,完成油水分离作用,可作为处理油类污染水资源的一种吸油材料,并且该多孔材料可以多次重复利用。