生物復(fù)合纖維

制成承受彎曲和壓縮載荷的材料的途徑：（2）增加基體的剪切剛度基體硬化使應(yīng)力從一條纖維向相鄰纖維傳遞（1）選擇生物礦化材料生物復(fù)合纖維硬材料的功能對(duì)生物的保護(hù)成形并起支撐作用作為關(guān)節(jié)相連的肢各種類型的武器及類似結(jié)構(gòu)本章內(nèi)容生物復(fù)合纖維實(shí)例與機(jī)理硬度與脆性基體硬化疊層復(fù)合加入填充劑胞狀材料4.1蝗蟲(chóng)腱為了張緊而設(shè)計(jì)的,因此適于拉伸試驗(yàn)幾丁質(zhì)微原纖維的平均方向與長(zhǎng)軸平行,偏差很小表皮內(nèi)突在較長(zhǎng)的距離內(nèi)高度均勻?qū)λ鼈兊慕Y(jié)構(gòu)已有了相當(dāng)?shù)恼J(rèn)識(shí)昆蟲(chóng)表皮是典型的纖維復(fù)合材料,蝗蟲(chóng)腱（蝗蟲(chóng)后腿的表皮內(nèi)突）是研究這類材料的一個(gè)典型例子。腱的成分腱的原纖維的確是幾丁質(zhì),基體為蛋白質(zhì),兩種相是分離的。幾丁質(zhì)是很強(qiáng)的氫鍵結(jié)合,在沸騰的1mol/LNaOH溶液中也不會(huì)溶解。成鍵模型幾丁質(zhì)中有很多OH團(tuán),其排列周期與氨基酸相同,具有P折疊片結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)中含有P折疊片區(qū)域,它們與幾丁質(zhì)相互作用并附著在幾丁質(zhì)上。這些蛋白質(zhì)塊體是球狀的,它們形成了基體并分布在纖維之間。實(shí)驗(yàn)支持當(dāng)蝗蟲(chóng)的腱受載時(shí),在纖維與基體的界面上沒(méi)有滑移,而是發(fā)生基體的變形。表皮縱向拉伸的脆性斷裂幾乎沒(méi)有纖維從基體中抽出的現(xiàn)象。材料表現(xiàn)行為蝗蟲(chóng)腱的縱向楊氏模量為11GPa,橫向楊氏模量為0.15GPa,整個(gè)材料中幾丁質(zhì)所占的體積分?jǐn)?shù)估計(jì)為17%。兩種模量的差異是由于幾丁質(zhì)原纖維的極限取向造成的。在這個(gè)方向上,原纖維的貢獻(xiàn)不是直接的。腱的模量較低表明基體的模量要低于纖維的模量。幾丁質(zhì)纖維是不連續(xù)的,力不能穿過(guò)纖維端部傳遞,應(yīng)力必須通過(guò)沿纖維長(zhǎng)度上的剪力來(lái)傳遞。應(yīng)力是在纖維的一定長(zhǎng)度(傳輸長(zhǎng)度)上,從基體逐漸進(jìn)入纖維的。纖維發(fā)生斷裂還是流變?nèi)Q于基體的剪切剛度以及應(yīng)力向纖維傳遞的程度。如果基體不能傳遞給纖維足夠大的應(yīng)力,纖維將不發(fā)生斷裂,纖維不可能對(duì)材料的剛度有較大的貢獻(xiàn)。Vf約為10%,而腱中幾丁質(zhì)的含量至少為17%,顯然,承載的是幾丁質(zhì)而不是基體。多數(shù)表皮都具有沿很多方向取向的幾丁質(zhì),顯示出層合板效應(yīng)。如圍繞孔洞的毛孔管,頭發(fā)和鬃毛等。對(duì)于層合板效應(yīng),改變幾丁質(zhì)取向?qū)⑹箯?fù)合材料的模量降低3/8,但材料成為平面各向同性的,與腱中的極限各向異性情況相比,剛度可達(dá)530∶1。在層合板中,斷裂面是偏轉(zhuǎn)的,顯示出非常復(fù)雜的斷裂表面,面積比簡(jiǎn)單的截面積要大得多。但對(duì)于這種層合板型取向,斷裂功至少有一個(gè)數(shù)量級(jí)大小的差別。差異4.2硬度與脆性增加材料硬度的關(guān)鍵是使力從一部分向另一部分的傳遞更容易。生物硬材料可以抵抗外力而不發(fā)生任何延伸或流變,但同時(shí)也意味著將微小的力學(xué)缺陷引入硬材料。避免硬材料脆性的另一途徑是保護(hù)表面免受傷害。在絲蛋白中,這種保護(hù)作用是由覆蓋在纖維蛋白心體外的絲膠層完成的。在昆蟲(chóng)表皮中,類似功能是由包圍幾丁質(zhì)纖維的蛋白質(zhì)基質(zhì)完成的,蛋白質(zhì)不僅將應(yīng)力傳遞給纖維,而且也保護(hù)著纖維。4.3基體硬化交聯(lián)：基體中的蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)而硬化,這不一定需要共價(jià)鍵。如二羥酚被分泌進(jìn)入表皮后在表皮中被氧化成醌,醌具有雙重作用并使相鄰蛋白質(zhì)鏈交聯(lián)。Pryor以蟑螂蛋殼為研究對(duì)象證實(shí)了,它不含幾丁質(zhì)而只含蛋白質(zhì),任何硬化只能是由于蛋白質(zhì)的交聯(lián)。水分：蛋白質(zhì)的高疏水性將有助于水分的散失,而且越硬的蝗蟲(chóng)表皮具有越疏水的基體。4.4疊層復(fù)合昆蟲(chóng)表皮的一個(gè)特征是其性能沿厚度方向變化。表皮的最外層是硬化層,而內(nèi)層通常未硬化而較軟。如跳動(dòng)的甲蟲(chóng)的表皮可作為能量存儲(chǔ)器,跳蚤、甲蟲(chóng)使用腿部的腱的能量不是被貯存在簡(jiǎn)單的拉伸中,而是被貯存在彎曲中。疊層復(fù)合造成表皮中性軸(既無(wú)拉伸也無(wú)壓縮的線)的漂移。這樣,表皮不僅提供了一個(gè)硬的外層,而且由于其內(nèi)層狀結(jié)構(gòu),可以吸收和存貯能量,增加了表皮抵抗沖擊載荷而不破裂的能力。若將兩材料黏在一起,裂紋可同時(shí)在兩層中傳播,因而在韌性較小的層中斷裂受抑制。而在韌性較大的層中,斷裂的發(fā)生要較早于未黏接時(shí)的情況,這表明有能量通過(guò)黏合處從韌性較小的層向韌性較大的層傳遞。盡管在黏接或未黏接的兩種情況下,所做的總功相同。復(fù)合材料的斷裂載荷是兩個(gè)層的斷裂載荷的幾何平均值,而不是二者的算術(shù)平均值。幾何平均值總要高于算術(shù)平均值4.5加入填充劑加入填充劑的生物復(fù)合纖維最令人感興趣。在以帽貝(pateua)為代表的簡(jiǎn)單形式中,帶狀革化蛋白質(zhì)和幾丁質(zhì)生成牙齒。鐵和硅結(jié)合進(jìn)入齒舌的牙齒,在生長(zhǎng)過(guò)程中,牙齒將變得更硬。另外發(fā)現(xiàn)鋅和錳存在于大量其他動(dòng)物中,幾乎總是與顎相聯(lián)系的。幾乎所有食草昆蟲(chóng),在顎的切削邊上都含有上述金屬,并與該處硬度增加有關(guān)系?；认x(chóng)的顎具有硬的殼,其硬度約為350MPa,這比齒舌低得多,但它不必去對(duì)付石頭。有些多毛綱蠕蟲(chóng)在切削邊上含有鋅,而有些蜘蛛和蝎子可含有鋅、錳、鐵。蜘蛛類節(jié)肢動(dòng)物可以在單一個(gè)體嘴部的不同地方同時(shí)含有這三種金屬。HighAbrasionResistancewithSparseMineralization:CopperBiomineralinWormJaws

HelgaC.Lichtenegger,ThomasSch?berl,MichaelH.Bartl,HerbertWaite,GalenD.Stucky

Science

298,389-392(2002)October11.Figure4.(Left)ModelofthearrangementofmineralizedfibersinGlycerajaws.Thefibersareelongatedandorientedalongtheoutercontourofthetip.Theredcirclesdenotethesizeofthesynchrotronx-raybeam(100

μm).(A)SAXSonwetGlycerajaws.Thetopimageshowsthescatteringpatternobtainedfromthetip.Notethestronganisotropicsignal.Thesignalfromtherestofthesample(bottomimage)almostvanishedexceptatverysmallangles.(B)SEMimagesoffracturesurfaces.Top:fibrousstructureintipofjaw.Bottom:irregularstructureinrestofjaw.Scalebars,1

μm.4.6胞狀材料木材樹(shù)木的組成

樹(shù)木是有生命的有機(jī)，是由種子（或萌條、插條）萌發(fā)，經(jīng)過(guò)幼苗期、長(zhǎng)成枝葉繁茂，根系發(fā)達(dá)的高大喬木?？v觀全樹(shù)，它是由樹(shù)冠、樹(shù)干和樹(shù)根三大部分組成。針葉材（紅松）、闊葉材（小葉楊）微觀構(gòu)造橫切面木材顯微構(gòu)造樹(shù)材的顯微構(gòu)造

針葉樹(shù)材的解剖分子較簡(jiǎn)單，排列規(guī)則，主要有軸向管胞、木射線、軸向薄壁組織和樹(shù)脂道。針葉樹(shù)材三切面的掃描電鏡圖(自崔永志,2003)1.紅松(pinuskoraiensis)。2.杉木(Cunninghamialanceolata)。C.橫切面；T.弦切面；R.徑切面。箭頭所指為生長(zhǎng)輪分界處。近面為早材部位，遠(yuǎn)面為晚材部位[1]木材的化學(xué)組成[2]木質(zhì)素[3]纖維素[4]半纖維素[5]木材抽提物木材化學(xué)性質(zhì)[1]

木材的化學(xué)組成

木材化學(xué)成分，有細(xì)胞壁物質(zhì)和非細(xì)胞壁物質(zhì)之分，或稱為主要化學(xué)成分和少量化學(xué)成分。木材的化學(xué)組成木材木質(zhì)素碳水化合物半纖維素（水解單糖—D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、D-木糖、L-阿拉伯糖）纖維素（水解單糖—D-葡萄糖）細(xì)胞壁主要組分少量組分無(wú)機(jī)物（灰分）有機(jī)物（芳香族、萜烯類、脂肪族化合物）木材的主要化學(xué)成分

木材主要化學(xué)成分是構(gòu)成木材細(xì)胞壁和胞間層的物質(zhì)，由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種高分子化合物組成，一般總量占木材的90%以上，熱帶木材中高聚物含量略低，在高聚物中纖維素和半纖維素組成的多糖含量居多，占木材的65%-75%。

Wordrop提出：纖維素－微骨架結(jié)構(gòu)；半纖維素－填充物質(zhì)；木質(zhì)素－結(jié)殼物質(zhì)。1.纖維素2.半纖維素3.木素123纖維素微纖絲葡萄糖單體鏈半纖維素中性果膠酸性的果膠糖原蛋白質(zhì)[2]纖維素（Cellulose）纖維素約占胞壁物質(zhì)的50%左右，是胞壁的骨架物質(zhì)。是碳水化合物，是高聚糖，其分子含大量糖單元。因此對(duì)木材的物理、力學(xué)性質(zhì)影響很大。抗拉強(qiáng)度大，一般以纖維狀存在，形成胞壁的骨架。既不溶于冷水，也不溶于熱水。C44.44%、H6.17%、O49.69%-（C6H10O5）n植物種類纖維素（%）植物種類纖維素（%）棉花95—99木材40—60寧麻80—90樹(shù)皮20—30竹40—60苔蘚25—30植物中纖維素含量

纖維素（Cellulose）纖維素的化學(xué)結(jié)構(gòu)纖維素為環(huán)式吡喃型，由D—葡萄糖基在1-4位置，以β—甙鍵聯(lián)結(jié)而成的鏈狀高分子化合物。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：①單元是D——葡萄糖基、相鄰的葡萄糖基扭轉(zhuǎn)180度。②葡萄糖基包含三個(gè)醇羥基，分別位于2、3、6三個(gè)碳原子上，形成氫鍵的基本條件。③葡萄糖基為環(huán)式結(jié)構(gòu)。④葡萄糖基的連接為1、4-β-甙鍵聯(lián)結(jié)。非還原性端基纖維二糖基本單元無(wú)水葡萄糖單元

還原性端基纖維的聚合度聚合度：每一高分子所含的鏈節(jié)的數(shù)目。纖維素分子的聚合度——纖維素分子中葡萄糖基的數(shù)目。纖維素分子量=聚合度×葡萄糖基的分子量聚合度是纖維素纖維的重要物理常數(shù)之一，直接關(guān)系到纖維的物理、力學(xué)及化學(xué)性質(zhì)。聚合度↑—→大分子長(zhǎng)度↑—→強(qiáng)度↑——溶解度和反應(yīng)能力↓聚合度(n)n<200纖維素強(qiáng)度喪失200<n<700強(qiáng)度隨著n的提高而增加n>700強(qiáng)度與聚合度關(guān)系不明顯

半纖維素是除纖維素和果膠以外的植物細(xì)胞壁聚糖，與纖維素不同，半纖維素是兩種或兩種以上單糖組成的不均一聚糖，分子量較低，聚合度小，大多帶有支鏈。構(gòu)成半纖維素的主鏈的主要單糖是：木糖、甘露糖和葡萄糖，構(gòu)成半纖維素的支鏈的主要單糖是：半乳糖、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖、巖藻糖、鼠李糖、葡萄糖醛酸和半乳糖醛酸等。

[3]半纖維素（Hemicellulose）半纖維素在細(xì)胞壁中的分布和作用分布模式：①圍繞纖維軸成同心薄層狀態(tài)集聚的，常與非結(jié)晶態(tài)的纖維素交織在一起。②分散分布。分布濃度：經(jīng)研究指出S1層最高，內(nèi)向逐漸降低，在S2的中部濃度較低，且恒定。半纖維素一般為非結(jié)晶狀態(tài)，存在于纖維素微纖絲之間?；瘜W(xué)性質(zhì)有些與纖維素相同。半纖維素（hemicellulose）與纖維素（cellulose）的比較1．共同點(diǎn)共屬于多聚糖，都是甙鍵連接，可以酯化（乙?；┗蛎鸦辉谶m當(dāng)條件下水解；在堿性條件下降解；均含游離羥基具有親水性。２.不同點(diǎn)：

纖維素半纖維素1.糖基種類（分子結(jié)構(gòu)）單糖基構(gòu)成的高聚物兩種或兩種以上的糖基構(gòu)成2．結(jié)構(gòu)型（分子形態(tài)）典型的線型高聚糖無(wú)側(cè)鏈支鏈型，主要是線型的但帶有各種短側(cè)鏈（多聚糖）3．物理結(jié)構(gòu)由結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)交錯(cuò)一般無(wú)結(jié)晶區(qū)聯(lián)接而成的二相體系4．聚合度很高，平均7000～15000頗低僅含150-200個(gè)糖基5．在細(xì)胞壁中的作用骨架物質(zhì)基本物質(zhì)6．吸濕性和潤(rùn)脹度吸附水只能進(jìn)入無(wú)定形區(qū)，一般為無(wú)定形物質(zhì)，水分子容易進(jìn)結(jié)晶區(qū)對(duì)潤(rùn)脹有限制作用入，故吸濕性和潤(rùn)脹度比纖維素高。[4]木質(zhì)素(lignin)

木質(zhì)素是一種天然的高分子聚合物。是由苯基丙烷結(jié)構(gòu)單元通過(guò)醚鍵和碳-碳鍵聯(lián)接而成、具有三維結(jié)構(gòu)的芳香族高分子化合物。苯基丙烷單元分成三類：愈瘡木基丙烷（G）、紫丁香基丙烷（S）和對(duì)羥基丙烷（H）。針葉樹(shù)材和闊葉樹(shù)材中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的含量見(jiàn)表。

一般針葉樹(shù)材中纖維素和半纖維素的含量低于闊葉樹(shù)材中的含量，但是針葉樹(shù)材中木質(zhì)素含量高于闊葉樹(shù)材中木質(zhì)素的含量。主要成分針葉樹(shù)材闊葉樹(shù)材纖維素半纖維素木質(zhì)素42±227±228±345±230±520±4木質(zhì)素的元素組成

木質(zhì)素的基本結(jié)構(gòu)單元是苯丙烷，苯環(huán)上具有甲氧基。因此，表示元素分析結(jié)果以構(gòu)成苯丙烷結(jié)構(gòu)單元的碳架C6-C3（即C9）作為基本的單位來(lái)表示。木質(zhì)素的元素組成隨植物品種、產(chǎn)地和分離方法的不同而不同。

由于甲氧基是木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中特征官能團(tuán)之一，并且比較穩(wěn)定，在表示木質(zhì)素的元素組成時(shí)往往列出。不同產(chǎn)地和分離過(guò)程的差異，出自不同文獻(xiàn)，同一種木質(zhì)素的元素組成有差異。結(jié)構(gòu)單元

苯丙烷作為木質(zhì)素的主體結(jié)構(gòu)單元，共有三種基本結(jié)構(gòu)，即愈瘡木基結(jié)構(gòu)、紫丁香基結(jié)構(gòu)和對(duì)羥苯基結(jié)構(gòu)。愈瘡木基丙烷（G）紫丁香基丙烷（S）對(duì)羥苯基丙烷（H）

木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元（三種類型）木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元的連接方式與比例

鍵型聯(lián)接方式100C9中含有的個(gè)數(shù)名稱云杉木質(zhì)素山毛櫸木質(zhì)素β-O-4型β-烷基芳香醚鍵49~51（48）62~65愈創(chuàng)木基甘油-β-芳基醚α-O-4型α-烷基芳香醚鍵6~86愈創(chuàng)木基甘油-α-芳基醚4-O-5型二芳基（聯(lián)苯）醚鍵3.5~41.5愈創(chuàng)木基芳基醚α-O-γ型二烷基醚鍵0~64松脂酚β-5型α-烷基芳基醚β-碳鍵9~126苯基香豆?jié)M5-5型二苯基（聯(lián)苯）碳鍵9.5~112.3二聯(lián)苯愈創(chuàng)木基丙烷β-β型β-二烷基碳鍵25二芳基（愈創(chuàng)木基）聯(lián)丙烷β-1型β-芳基碳鍵2（7）15愈創(chuàng)木基-β-芳基丙烷官能團(tuán)

木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中有復(fù)雜的官能團(tuán)，其分布與種類有關(guān)，也與提取分離方法有關(guān)。（1）甲氧基甲氧機(jī)含量因木質(zhì)素的來(lái)源而異，一般針葉樹(shù)材木質(zhì)素中含13%~16%，闊葉樹(shù)材木質(zhì)素中含17%~23%。闊葉樹(shù)材木質(zhì)素中甲氧基含量高于針葉樹(shù)材，因?yàn)殚熑~樹(shù)材木質(zhì)素既存在愈瘡木基結(jié)構(gòu)單元，也存在紫丁香基節(jié)單元。（2）羥基木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中存在較多的羥基，以醇羥基和酚羥基兩種形式存在。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的酚羥基是一個(gè)十分重要的結(jié)構(gòu)參數(shù)，酚羥基直接影響木質(zhì)素的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，如木質(zhì)素的醚化、酯化和縮合的程度，溶解性能等。（3）羰基木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中存在約6種羰基，其定量通常用鹽酸羥胺法，與芳香環(huán)共軛的羰基，可用紫外光譜法定量測(cè)定，磨木木質(zhì)素的羰基含量為3。（4）羧基一般認(rèn)為木質(zhì)素中是不存在羧基的，但在磨木木質(zhì)素中存在3。木質(zhì)素與糖類連接

在植物體內(nèi)，木質(zhì)素總是與纖維素及半纖維素共存的，甚至還有一些寡糖存在，其共存方式影響組分分離和材料利用。長(zhǎng)期研究表明，木質(zhì)素的部分結(jié)構(gòu)單元與半纖維素中的某些糖基通過(guò)化學(xué)鍵連接在一起，形成木質(zhì)素-糖類復(fù)合體，稱為L(zhǎng)CC復(fù)合體。與木質(zhì)素縮合的糖基有如下幾種：呋喃式阿拉伯糖基、吡喃式木糖基、吡喃式半乳糖基和吡喃式糖醛酸基。木質(zhì)素與糖類的連接方式可分為糖苷鍵連接，縮醛鍵連接、酯鍵連接和醚鍵連接，糖苷鍵連接所占比例較大。[5]木材的抽提物

抽提物：木材的少量化學(xué)成分是一組不構(gòu)成細(xì)胞壁、胞間層的游離的低分子化合物，可被極性和非極性有機(jī)溶劑、水蒸汽或水提取，所以稱抽提物或浸出物。一般約占絕干木材的2%-5%。木材抽提物種類龐多，因樹(shù)木的種類不同而差異很大，有些抽提物是各科、屬、亞屬等特有的化學(xué)成分，可以作為某一特定樹(shù)種分類的化學(xué)依據(jù)。木材抽提物化學(xué)也是植物化學(xué)研究領(lǐng)域的一個(gè)分支。

木材抽提物包括的化學(xué)成分組成復(fù)雜，經(jīng)鑒定，已有近800種化合物存在于木材抽提物中，主要有：（1）脂肪族化合物包括飽和脂肪酸、不飽和脂肪酸、脂肪、蠟、低聚糖、果膠質(zhì)、淀粉、蛋白質(zhì)。（2）萜烯及萜烯類化合物包括單萜（松節(jié)油等）、倍半萜、樹(shù)脂酸、植物甾醇等。（3）芳香族化合物包括黃酮類化合物、單寧、芪等。

木材是由細(xì)胞組成的，木材細(xì)胞在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中歷經(jīng)分生、擴(kuò)大和胞壁加厚等階段而達(dá)到成熟。要了解木材，就必須了解木材細(xì)胞，更重要地是應(yīng)該了解木材細(xì)胞壁的超微構(gòu)造和壁層結(jié)構(gòu)，因?yàn)槟静母鞣N物理力學(xué)性質(zhì)在宏觀表現(xiàn)的各向異性都與之有關(guān)。木材細(xì)胞[1]木材細(xì)胞壁的超微構(gòu)造

木材的細(xì)胞壁主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種成分構(gòu)成的，它們對(duì)細(xì)胞壁的物理作用分工有所區(qū)別。纖維素是以分子鏈聚集成排列有序的微纖絲束狀態(tài)存在于細(xì)胞壁中，賦予木材抗拉強(qiáng)度，起著骨架作用，故被稱為細(xì)胞壁的骨架物質(zhì)；半纖維素以無(wú)定形狀態(tài)滲透在骨架物質(zhì)之中，借以增加細(xì)胞壁的剛性，故被稱為基體物質(zhì)；木質(zhì)素是在細(xì)胞分化的最后階段才形成的，它滲透在細(xì)胞壁的骨架物質(zhì)之中，可使細(xì)胞壁堅(jiān)硬，所以被稱為結(jié)殼物質(zhì)或硬固物質(zhì)。因此，根據(jù)木材細(xì)胞壁這三種成分的物理作用特征，人們形象地將木材的細(xì)胞壁稱為鋼筋-混凝土建筑。[1.1]基本纖絲、微纖絲和纖絲

木材細(xì)胞壁的組織結(jié)構(gòu)，是以纖維素作為“骨架”的。它的基本組成單位是一些長(zhǎng)短不等的鏈狀纖維素分子，這些纖維素分子鏈平行排列，有規(guī)則地聚集在一起稱為基本纖絲（又稱微團(tuán)）。在電子顯微鏡下觀察時(shí)，認(rèn)為組成細(xì)胞壁的最小單位是基本纖絲?；纠w絲寬約，斷面大約包括40（或37-42）根纖維素分子鏈，在基本纖絲內(nèi)纖維素分子鏈排列成結(jié)晶結(jié)構(gòu)。微纖絲

由基本纖絲組成一種絲狀的微系統(tǒng)稱為微纖絲。微纖絲角（α）(microfibrillarangle)：細(xì)胞壁中微纖絲排列方向與細(xì)胞軸所成的角度。（落葉松）

微纖絲大約寬1030nm，微纖絲之間存在著約l0nm的空隙，木素及半纖維素等物質(zhì)聚集于此空隙中。由微纖絲的集合可以組成纖絲；纖絲再聚集形成粗纖絲（寬0.41.0μm）；粗纖絲相互接合形成薄層；最后許多薄層聚集形成了細(xì)胞壁層。微纖絲A.微纖絲B.結(jié)晶區(qū)C.非結(jié)晶區(qū)[1.2]結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)

結(jié)晶區(qū)——沿基本纖絲的長(zhǎng)度方向，纖維素大分子鏈的排列狀態(tài)并不都相同。在大分子鏈排列最致密的地方，分子鏈規(guī)則平行排列，定向良好，反映出一些晶體的特征，所以被稱為纖維素的結(jié)晶區(qū)。在纖維素結(jié)晶區(qū)內(nèi)，纖維素分子鏈平行排列，在x射線衍射圖反映是高度結(jié)晶的，分子鏈與分子鏈間的結(jié)合力隨著分子鏈間距離的縮小而增大。

非結(jié)晶區(qū)——當(dāng)纖維素分子鏈排列的致密程度減小、分子鏈間形成較大的間隙時(shí)，分子鏈與分子鏈彼此之間的結(jié)合力下降，纖維素分子鏈間排列的平行度下降，此類纖維素大分子鏈排列特征被稱為纖維素非結(jié)晶區(qū)（有時(shí)也稱作無(wú)定形區(qū)）。結(jié)晶區(qū)與非結(jié)晶區(qū)之間無(wú)明顯的絕對(duì)界限，而是在纖維素分子鏈長(zhǎng)度方向上呈連續(xù)的排列結(jié)構(gòu)。因此，一個(gè)纖維素分子鏈，其一部分可能位于纖維素的結(jié)晶區(qū)，而另—部分可能位于非結(jié)晶區(qū)，并延伸進(jìn)入另一結(jié)晶區(qū)。也就是說(shuō)，在一個(gè)基本纖絲的長(zhǎng)度方向上可能包括幾個(gè)結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)。圖3-4細(xì)胞壁的壁層結(jié)構(gòu)A.細(xì)胞腔；P.初生壁；S.次生壁；ML.胞間層；S1.次生壁外層；S2.次生壁中層；S3.次生壁內(nèi)層[2]木材細(xì)胞壁的壁層結(jié)構(gòu)

在光學(xué)顯微鏡下，通常可將細(xì)胞壁分為初生壁（P）、次生壁（S）、以及兩細(xì)胞間存在的胞間層（ML）。

[2.1]胞間層

胞間層——是細(xì)胞分裂以后，最早形成的分隔部分，后來(lái)就在此層的兩側(cè)沉積形成初生壁。胞間層主要由一種無(wú)定形、膠體狀的果膠物質(zhì)所組成，在偏光顯微鏡下呈各向同性。通常將相鄰細(xì)胞間的胞間層和其兩側(cè)的初生壁合在一起稱為復(fù)合胞間層。例如，在松杉類木材的管胞或被子植物的纖維和導(dǎo)管上，一般只能看到復(fù)合胞間層。ML圖3-4細(xì)胞壁的壁層結(jié)構(gòu)A.細(xì)胞腔；P.初生壁；S.次生壁；ML.胞間層；S1.次生壁外層；S2.次生壁中層；S3.次生壁內(nèi)層

初生壁的形成初期主要由纖維素組成，隨著細(xì)胞增大速度的減慢，可以逐漸沉積其它物質(zhì)，所以木質(zhì)化后的細(xì)胞，初生壁木質(zhì)素的濃度就特別高。初生壁一般較薄，通常只有細(xì)胞壁厚度的1%或略多一點(diǎn)。其實(shí)，初生壁也是會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象的，這是由于壁層生長(zhǎng)時(shí)沉積了不同物質(zhì)的結(jié)果。[2.2]初生壁初生壁——是細(xì)胞分裂后，在胞間層兩側(cè)最早沉積、并隨細(xì)胞繼續(xù)增大時(shí)所形成的壁層。P[2.3]