纳米纤维素材料成为研究热门——近一个月该材料频繁出现在顶刊上

【引言】

纳米纤维素是一类具有高机械性能的可再生高纵横比纳米粒子，其表面具有化学反应基团可以官能化。在努力开发可持续的高级功能材料时，纳米纤维素最近引起了广泛的关注。纳米纤维素的范围从棒状的高结晶度纤维素纳米晶体到更长，更纠缠的纤维素纳米纤维，之前也被称为微纤化纤维素和细菌纤维素。近年来，推动了广泛应用的研究，从纳米复合材料，粘度调节剂，薄膜，阻隔层，纤维，结构色，凝胶，气凝胶和泡沫以及能源应用到过滤膜等等，在材料方面已成为科学和技术领域的重点领域。我们列举近一个月纳米纤维素在顶刊发表的优质文章，梳理该材料近期的研究进展。

1. 瑞典皇家理工学院Monica Ek（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）：通过生物精炼方法从树皮中分离纳米纤维素，可用作多种材料

纳米纤维素的生产处于不断发展的状态，重点在于降低生产成本以及将不同的官能团引入纤维素结构中。草酸纤维素（COX）是通过使纤维素纤维与熔融的草酸二水合物反应而制得的，而草酸二水合物在102°C时相对较低的熔点使得无溶剂反应成为可能，并使该方法成为其他方法的绿色替代品。可以通过草酸纤维素分离纳米纤维素用于从木材中漂白的牛皮纸浆和溶解浆，其中大部分木质素，半纤维素和杂质被去除。而在林产品工业中生产木浆和材料时，也会产生大量副产品，尤其是树皮。合理利用树皮，将可以使效益变得更加好。

瑞典皇家理工学院Monica Ek应用生物精炼概念，使用丙酮和加压热水萃取方法实现挪威云杉树皮成分的萃取，接着通过温和的过乙酸处理使树皮脱木质素，然后在无溶剂的反应中生成草酸纤维素，最后分离出纳米纤维素。在萃取和分离过程中对其化学成分和热性能进行了监测，结果表明，草酸纤维素的收率为82%，取代度为0.3，表面电荷为1.53 mmol g^-1。分离的纳米纤维素是棒状纳米晶体和纳米纤维的混合物。最后，对分离得到的纳米纤维素进行了初步的热分析，显示出了良好的性能。纳米纤维素的形态和热学性质使其成为一种很有前途的材料。该材料来自可再生资源，是化石基材料的可持续替代产品。草酸纤维素及其衍生的纳米纤维素可以用作纳米复合材料，透明薄膜或化妆品中的增强剂。

参考文献：Rietzler B and Ek M. Adding Value to Spruce Bark by the Isolation of Nanocellulose in a Biorefinery Concept. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2021.

2. 马来西亚石油大学Muhammad Moniruzzaman（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）：综述——离子液体作为生物资源加工纳米纤维素的可持续平台

在过去的几十年中，寻找与石油来源环境友好和可持续的替代化学品和材料的需求越来越显得重要。纳米纤维素（NC）是天然纤维素的一种产品或提取物，存在于多种资源中，例如植物，动物和细菌。目前NC可以根据其大小和加工方法分为三类：纤维素纳米晶体（CNC），纳米原纤化纤维素（NFC）和细菌纳米纤维素（BNC）。但是，高能耗，低收率以及与使用高浓度酸和其他化学品有关的健康和环境危害是这些方法的主要缺点。而且，酸水解严重恶化了纳米纤维素的热完整性，这对于纳米复合材料的制造是不利的。为了解决上述局限性，研究人员将注意力集中在利用离子液体（ILs）作为NC生产中潜在的溶剂，溶胀剂和催化剂。

马来西亚石油大学Muhammad Moniruzzaman重点介绍了离子液体辅助的最新技术发展，该技术已成功地用于包括纤维素生物质在内的生物资源的纳米纤维素加工。从可再生资源中进行NC萃取时，使用离子液体（ILs）作为具有出色组合化学多样性和独特性能的出色化合物，涵盖了12种绿色化学原理中的至少2个关键元素。同时，IL也可以诱导高结晶度和高产量的超薄纳米纤维素纤维的提取。同时，IL介导的NC的潜在发展可以建立在基于咪唑的IL上。在使用IL赋予NC纤维以新功能并开辟新途径和市场的过程中，正在取得重大进展。进而进一步探索IL的新兴方面，例如源自低成本可再生原料的纳米IL，再加上新颖的回收技术，将使得IL有望用于大规模NC处理。

参考文献：Haron GAS, Mahmood H, Noh MH, Alam MZ and Moniruzzaman M. Ionic Liquids as a Sustainable Platform for Nanocellulose Processing from Bioresources: Overview and Current Status. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2021.

3. 广西大学黄崇杏（Materials Today）：综述——纤维素纳米晶体材料结构彩色显示的最新进展

结构色，也称为物理色，是由没有任何颜料的纯物理结构产生的颜色。常规彩色显示器在使用染料或颜料通过选择性地吸收和反射光产生典型颜色，而结构颜色通过光散射，衍射和干涉有序的结构周期性产生的。与使用染料或颜料的方法相比，结构色的生产具有多个优点，包括将光源转换为颜色的高效效率，环境友好性以及如果材料的结构没有损坏或变形的情况下仍能保持稳定的长期颜色。纤维素纳米晶体（CNC）对环境无害，并且源自植物，细菌或被膜。CNC控制器是纺锤状纳米级材料的独特性质，例如高强度，高比表面积，高的热稳定性，光透过性，生物降解性，生物相容性和自组装能力。在结构彩色显示有良好的前景。

广西大学黄崇杏总结了纳米纤维素膜的制备中涉及的各种因素对结构颜色，纳米纤维素膜对环境因素的颜色响应以及纤维素纳米材料在显色领域中的结构设计的影响。描述了近年来纳米纤维素材料的结构着色领域的进展。最后，讨论了在纳米纤维素材料结构颜色方面预期的未来发展。随着越来越多的国家开始禁止使用一次性塑料，作为可生物降解替代品的纤维素基材料将成为更广泛研究的主题，而纤维素纳米材料的结构颜色将成为各种应用中的关键参数之一。

参考文献：Xu C, Huang C and Huang H. Recent advances in structural color display of cellulose nanocrystal materials. Applied Materials Today 2021;22:100912.

4. 东京大学Tsuguyuki Saito（ACS Nano）：机械强度高，可扩展的中孔纳米纤维素干凝胶，具有透光性，隔热性和火焰自熄性

可伸缩性是纳米级颗粒分散体结构化中的普遍挑战，特别是在干燥这些分散体以生产功能性多孔结构（如气凝胶）时。但是气凝胶的生产依赖于超临界干燥，使得表现出较差的可扩展性。解决此可扩展性限制的方法是在环境压力下使用蒸发干燥。然而，包含纳米级颗粒的湿凝胶的蒸发干燥伴随着强大的毛细作用力。因此，生产具有气凝胶特定结构特征（例如中尺度孔，高孔隙率和高比表面积（SSA））的蒸发干燥凝胶或“干凝胶”具有挑战性。

东京大学Tsuguyuki Saito报道了具有杰出的机械强度，适度的透光性，隔热性和自熄功能的单块纳米纤维素（CNF）干凝胶。这种干凝胶是通过精细的CNF的纳米结构工程获得的，其宽度为2-3 nm。通过TEMPO-氧化制备CNF，使得单个CNF的表面以高密度位置选择地羧化。结果表明CNF干凝胶的多功能性，具有出色的强度（压缩E = 170 MPa，σ= 10 MPa；拉伸E = 290 MPa，σ= 8 MPa），适度的透光性，隔热性（0.06-0.07 W m^–1 K^–1），并且具有火焰自熄性能。作为干凝胶在采光和隔热方面，在应用承重墙体构件的研究具有广阔的前景。

参考文献：Sakuma, W., Yamasaki, S., Fujisawa, S., et al., Mechanically Strong, Scalable, Mesoporous Xerogels of Nanocellulose Featuring Light Permeability, Thermal Insulation, and Flame Self-Extinction[J]. Acs Nano, 2021.

5. 巴西纳米技术国家实验室Juliana S. Bernardes（Carbohydrate Polymers）：通过静电络合法制备纳米纤维素海绵能改善其机械性能

对利用生物质生产材料以发展对环境影响较小的可持续未来的兴趣正在迅速增长。然而，更环保的材料面临着与它们的内在特性相关的挑战，这些特性在机械性能和耐水性方面与油性塑料的特性大不相同。而在水性介质中生物基组分的超分子组装是一种有前途的策略，可以克服制备具有所需特性的材料中的某些缺点。纳米纤维素是制备各种多功能生物基材料的优秀候选材料，如膜、泡沫、水凝胶和纳米粒子等等。

巴西纳米技术国家实验室Juliana S. Bernardes通过简单的静电络合法制备了阳离子和阴离子型纳米纤维素海绵（CNF）。小角度x射线散射和低温透射电子显微镜实验表明，带相反电荷的纳米纤维素悬置是纠缠纤维团簇和网络的混合物。这些结构之间的平衡决定了CNF在水中的胶体稳定性和流变性能。在质量成分为1:1 (约0.12 MPa)时，由悬浮体制备的海绵的压缩模量达到最大值，并在材料中起到了加强结构的作用。除了静电吸引外，聚类内部还可能发生氢键和疏水接触，提高了阳离子泡沫的水稳定性。这些结果可为开发在水中制备无毒化学品的坚固全纤维素材料提供基础。

参考文献：Mariano M, Souza SF, Borges AC, do Nascimento DM and Bernardes JS. Tailoring strength of nanocellulose foams by electrostatic complexation. Carbohydrate Polymers 2021;256:117547.

6. 中国科学技术大学吴恒安（ACS Nano）：通过湿度介导的界面强化和增韧分级纳米纤维素

塑料废料和微塑料对生态环境和人类健康构成了巨大威胁。 从可持续发展的角度来看，由于纳米纤维素具有可再生和可生物降解的特性，以及非凡的机械性能和可调节的表面化学性质，是极好的替代品。但是湿度会导致纳米纤维素无法控制的变形和机械下降，所以通常认为它是纳米纤维素基材料的一个缺点。但是，由于缺乏对纳米纤维素的界面行为的深入了解，特别是在变化的相对湿度下，难以维持纤维素基材料的预期性能。

中国科学技术大学吴恒安结合了密度泛函理论（DFT）计算和MD模拟，研究了分级纳米纤维素（CNC）中湿度介导的界面以及相关的多尺度变形行为。在CNC界面处捕获的水分子和相关的氢键竞争触发了滑动界面的形成以及分层纳米纤维素的非弹性变形。在分子水平上详细讨论了应变硬化阶段和变形机理。最后，在不同的相对湿度下进行了CNC薄膜的力学实验，以验证宏观尺度上的非弹性变形行为。通过仿真和实验表明，湿度介导的界面可以促进纳米纤维素的机械增强。模拟和实验为考虑不同湿度的纳米纤维素的机械响应提供了参考，这对于通过界面设计获得高性能纤维素基材料具有重要意义。

参考文献：Hou Y, Guan Q-F, Xia J, Ling Z-C, He Z, Han Z-M, et al. Strengthening and Toughening Hierarchical Nanocellulose via Humidity-Mediated Interface. ACS Nano 2020.

7. 山东大学刘宏（Advanced Healthcare Materials）：纳米纤维素增强羟基磷灰石纳米带膜作为干细胞多系分化平台，用于体外仿生构建生物活性3D类固醇组织。

严重骨缺损的临床治疗，尤其是血管和周围神经损伤引起的组织损伤，仍然是一个巨大的挑战，常常导致骨不愈合和其他后遗症。因此，支架被设计成模拟天然组织，可在下一代组织工程中使用。同时与骨骼组织工程支架相关的大多数研究都集中在成骨细胞的分化上，因为促进新的骨骼生长是骨骼再生的主要目标。羟基磷灰石（HAp）是骨骼组织的重要无机成分，已广泛应用于骨骼再生，药物载体系统，肿瘤治疗和细胞成像等领域。细菌纳米纤维素（BNC），可生物降解的材料的亲水性和优异的载药量和机械性能，已在体外在伤口愈合，药物递送，以及仿生组织模型的重构应用。考虑的BNC和有效成骨能力和HAP的强度的显着的特性，两者集成用于骨骼再生支架是一种很有前途的策略。

山东大学刘宏成功地构建了成骨/神经分化和血管生成多分化增强平台，用于在HApNB-BNC混合膜上修复和重建仿生类骨组织的骨。在合成超过100 μm的HApNB后，将HApNB组装到纤维素水凝胶中构建的杂化膜显着改善了其机械性能，亲水性和载药性能，为杂化膜在组织工程中的应用奠定了坚实的基础。而且动物实验结果表明，HApNB-BNC生物膜具有出色的修复能力，有趣的是，装有生长因子的平台可通过体内骨骼，血管和神经的快速生长进一步改善骨骼修复和再生。这种增强分化的平台策略为类骨组织提供了一种易于操作的新颖构造方法，为骨再生的临床治疗方法铺平了道路。

参考文献：Liu, F., Wei, B., Xu, X., Ma, B., Zhang, S., Duan, J., Kong, Y., Yang, H., Sang, Y., Wang, S., Tang, W., Liu, C., Liu, H., Nanocellulose‐Reinforced Hydroxyapatite Nanobelt Membrane as a Stem Cell Multi‐Lineage Differentiation Platform for Biomimetic Construction of Bioactive 3D Osteoid Tissue In Vitro. Adv. Healthcare Mater. 2020, 2001851.

8. 美国北卡罗来纳大学Saad A.Khan（Journal of Colloid and Interface Science ）：由纳米纤维素和纳米甲壳质形成的缔合结构具有pH响应能力，并具有可调节的流变性

生物基纳米材料是一个活跃且不断发展的研究课题，特别是纳米纤维素和其类似和互补的特性的纳米甲壳素。对这些材料的兴趣主要由两个因素驱动。首先，有可以增加生物基组件的利用，从而减少对环境的负面影响，如对一次性塑料的依赖、对化石燃料的依赖以及使用苛刻的溶剂和试剂。第二，这类材料由于其可调的表面化学和形貌而呈现出许多优点，使它们成为许多不同应用的诱人候选材料。因此，它们被应用于医疗用途、净水、乳液稳定等许多领域，并取得了巨大的成功。纳米纤维素和纳米甲壳质都是具有互补结构和特性的生物基材料。两者均显示出与pH有关的表面电荷，其符号相反。因此，应该有可能在规定的pH条件下通过离子键形成来操纵它们以形成复杂的结构。

美国北卡罗来纳大学Saad A.Khan通过在暴露于酸性或中性条件后，将纳米纤维素和纳米甲壳质混合，以影响其电离状态。如何通过等温滴定量热法监测将纳米壳多糖引入纳米纤维素过程中的相互作用热。最后通过流变学测量表征所得结构的强度和凝胶性质。发现在设计的杂化系统中得到的凝胶性质直接取决于起始材料的电荷状态，而这可以由pH调节来决定。在不同条件下（pH，浓度，纳米甲壳素与纳米纤维素的比例）会影响不同的粒子间相互作用，包括离子吸引，疏水缔合和物理缠结。而且中和的甲壳素与纳米纤维素之间的疏水缔合强烈地有助于增加弹性模量值。离子络合物在更宽的pH条件下提供了增强的稳定性，而纳米纤维素的物理缠结是所有系统中的重要增稠机理。

参考文献：Facchine EG, Bai L, Rojas OJ and Khan SA. Associative structures formed from cellulose nanofibrils and nanochitins are pH-responsive and exhibit tunable rheology. Journal of Colloid and Interface Science 2021;588:232-241.

9. 武汉大学常春雨（ACS Nano）：综述——纳米纤维素在聚合物基质中可控排列的最新进展

为了应对全球气候变化和塑料污染，而纳米纤维素由于具有二氧化碳积累的特性，预计本世纪将被用于制造高科技材料和产品。而且可以使用各种类型的来源，例如植物，海洋动物（被膜）和细菌，通过各种提取过程（例如酸水解，机械处理，酶水解，氧化方法和离子液体处理）来衍生具有不同形态的纳米纤维素。纳米纤维素的低密度和高弹性模量使其成为替代传统增强剂以制备坚固，轻巧的纳米复合材料的理想选择。纳米纤维素具有很强的自聚集倾向，其填料与聚合物基体的界面相容性是获得高性能纳米复合材料的主要挑战。

武汉大学常春雨概述了包含高度有序的纳米纤维素的纳米复合材料的最新进展，从其有利的结构-性质关系转变为潜在的应用。纳米纤维素在聚合物基体中的排列决定了纳米复合材料的整体性能。本文综述了三种纳米纤维素排列可控的纳米复合材料(取向、螺旋和梯度)，为新一代纳米纤维素基功能复合材料的发展提供思路。尽管高取向纳米纤维素纳米复合材料的制备方法多种多样(电场/磁场、拉伸/剪切力和模板)，但这些各向异性材料的实际应用仍具有挑战性。此外，将螺旋状分布的cnc整合到聚合物基体中，使得纳米复合材料能够通过显示可逆的颜色变化，在潮湿环境或应变传感器中具有潜在的应用前景。最后，纳米纤维素梯度分布纳米复合材料的设计和制备为开发新型软致动器提供了机会。当纳米纤维素不对称地引入环境响应性聚合物基体中时，纳米复合材料的膨胀和溶胀在环境刺激下可以转化为拉伸/收缩、弯曲和旋转等各种变形。由此，作者给出了三个建议：1.合理安排工业生产功能良好的纳米纤维素是未来发展的关键。2.在考虑扩大生产规模时，纳米纤维素的成本和质量也是重要因素。3.在未来的研究中需要仔细研究纳米纤维素的命运和风险。

参考文献：Peng N, Huang D, Gong C, Wang Y, Zhou J and Chang C. Controlled Arrangement of Nanocellulose in Polymeric Matrix: From Reinforcement to Functionality. ACS Nano 2020;14:16169-16179.

10. 芬兰阿尔托大学Stina Grönqvist（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）：酶促原纤化与温和机械处理相结合生产高固体含量纳米纤维素

人们对生物基（尤其是植物来源的）纳米级材料的兴趣与日俱增，这不仅是因为它们具有可替代替代化石的同类材料的可再生，可持续发展的特性，而且还因为纤维素纳米原纤维具有独特的特性，例如生物相容性和具有高强度和吸湿性的特性，使其成为在许多技术应用中得以利用的有利候选者，以及先进材料的基础。基于植物的纤维素材料是功能材料的重要组成部分，并且已经对可持续的纳米纤维素生产策略进行了深入研究。

芬兰阿尔托大学Stina Grönqvist介绍了在温和的机械搅拌下通过酶的作用产生一种新型的纳米纤维素。纳米纤维素的产物及相应的工艺称为纤维素的高浓度酶纤颤，简称HefCel。纤维在低含水量的纤维摩擦产生剪切力，结合CBH的持续作用，通过一种剥落型反应诱导表面纤维性颤动，形成糊状纤维网络，收率高达85%。通过高分辨率显微镜成像，原纤维的尺寸和大小分布表明HefCel分级属于微纤颤纤维素或纤维素微原纤维(CMFs)的纳米纤维素类。而且原纤维的横向宽度通常在15至20 nm之间。总的来说以更低能源消耗的方式生产高固体含量纳米纤维素的方法，为纳米纤维素的可持续生产提供了新的应用领域，比如在纺织、包装和造纸上。

参考文献：Pere J, Tammelin T, Niemi P, Lille M, Virtanen T, Penttilä PA, et al. Production of High Solid Nanocellulose by Enzyme-Aided Fibrillation Coupled with Mild Mechanical Treatment. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2020;8:18853-18863.

11. 东华大学洪枫（Biomacromolecules）：通过引入丝素蛋白纳米颗粒和肝素用于小口径血管移植应用，改善细菌纳米纤维素导管的性能

根据世界卫生组织的年度报告，心血管疾病（CVD）仍然是造成人类死亡的主要原因。血管重建在CVD的临床手术中占有重要地位特别是对于动脉和静脉病变，例如严重的创伤，先天性畸形，血管肿瘤和支架植入后继发的血管闭塞。用于血管重建的血管移植物可以分为生物血管移植物或合成材料移植物。管状细菌纳米纤维素（BNC）由于其独特的特性（如细胞外基质样3D纳米原纤维网络结构，高纯度和保水性，良好的可塑性和独特性），已被证明是用于小口径血管移植的有前途的天然生物材料。丝素蛋白（SF）是一种可以从家蚕茧和蜘蛛丝中提取的天然纤维蛋白，由于其相当的生物相容性和可生物降解性，已被广泛用作生物材料。肝素已在临床上广泛用作抗凝剂，而使用EDC / NHS交联的肝素进行表面修饰可以在很长一段时间内显着改善血管移植物的血液相容性。

东华大学洪枫通过将SF纳米颗粒（SFNP）和肝素包埋的SFNP（SF-HepNP）乳剂从内部附着到BNC壁上，制造了两种形式的小口径血管移植物（BNC-SFNP和BNC-SF-HepNP）。结果表明，肝素化的BNC-Hep和BNC-SFNP-Hep导管改善了抗凝性能，BNC-SFNP-Hep在促进人脐静脉内皮细胞增殖的同时，也控制了人动脉平滑肌细胞过度增殖，协助快速内皮化，改善管腔通畅。在皮下植入4周后未见明显炎症反应和物质降解，并且导管周围可见自体组织，细胞浸润至所有样本边缘，BNC-SFNP导管浸润最深，为小口径血管应用提供适宜的血管生成微环境。BNC-Hep和BNC-SFNP-Hep导管周围炎症细胞较少。因此，BNC-SFNP-Hep导管的抗凝特性及其对内皮化的刺激提示其作为小口径人工血管在临床应用中具有很大的潜力。

参考文献：Bao L, Hong FF, Li G, Hu G and Chen L. Improved Performance of Bacterial Nanocellulose Conduits by the Introduction of Silk Fibroin Nanoparticles and Heparin for Small-Caliber Vascular Graft Applications. Biomacromolecules 2020.

12. 美国加利福尼亚大学Anand Bala Subramaniam（ACS Applied Materials & Interfaces）：使用纳米纤维素纸来促进巨型单层囊泡的便捷和高产量组装

巨大的单膜囊泡(GUVs)是直径大于1μm的单壁封闭磷脂双层膜。GUV类似于最小的生物细胞。这种相似使GUV有助于增进对膜组织，细胞骨架力学，生殖，分裂，运输和电信号传导等方面的理解。 此外，自下而上的合成生物学，人造组织工程和药物输送方面的创新为在仿生应用中使用GUV开辟了新途径。

美国加利福尼亚大学Anand Bala Subramaniam提出了利用表面由纠缠的圆柱纳米纤维组成的纳米纤维素纸，来促进组装GUVs的简便和高产量。与现有的表面辅助组装技术相比，纳米纤维素纸的使用可使成本降低10万倍，同时提高产量。使用大数据集共聚焦显微镜对产量和尺寸分布的定量测量阐明了组装的机理。同时提出了一个热力学发芽和合并的BNM模型，为从不同几何和化学表面获得的GUVs的产率和尺寸的差异提供了统一的解释。BNM模型通过平衡表面附着膜转变为表面附着球芽的部分的弹性、附着力和边缘能量，考虑了芽出引起的自由能的变化。该模型表明，在与纳米纤维素纤维尺寸相似的纠缠柱状纳米纤维的亲水性表面上，GUVs的形成是自发的。这项工作促进了对表面性质对聚苯乙烯组装的影响的理解。它还解决了目前阻碍GUVs作为药物运载工具、合成细胞制造和人工组织大规模组装的实际障碍。

参考文献：Pazzi J and Subramaniam AB. Nanoscale Curvature Promotes High Yield Spontaneous Formation of Cell-Mimetic Giant Vesicles on Nanocellulose Paper. ACS Applied Materials & Interfaces 2020;12:56549-56561.

13. 扬州大学吴德峰（Carbohydrate Polymers）：通过调节纤维的柔韧性来调整皮氏乳剂的形态和粘弹性

随着人们对环境问题的日益关注，生物质材料作为传统材料或合成材料的替代材料在许多领域受到了人们的广泛关注。纳米纤维素因其丰富的可再生资源和优异的力学性能而成为最具代表性的材料。因此，这类材料在绿色复合材料和功能材料领域引起了广泛的关注。另一个潜在的应用是制备皮克林乳液，因为纳米纤维素可以满足可持续和环境友好型粒子乳化剂的要求。这些纳米纤维素更吸引人的地方是其各向异性的纤维结构，它有利于在极低的负载水平稳定油/水(O/W)界面。此外，它们的表面性质很容易通过化学修饰来调节，这为调控乳液的形态和最终性质提供了更多的可能性。因此，到目前为止，围绕纳米纤维素稳定乳剂的制备和应用进行了大量的研究。

扬州大学吴德峰以细菌纤维素(BC)、纤维素纳米纤维(CNF)和纤维素纳米晶(CNC)三种类型的纳米纤维素为原料，制备了水包油型皮氏乳剂，探讨了纤维柔韧性对乳化效果的影响。在水相悬浮液中，最短的CNC是刚性的，而最长的BC是完全柔性的，这导致了它们在稀释到半稀释浓度和流变渗滤液中的差异很大。因此，这些纤维素纳米纤维在乳化过程中发挥着不同的作用。柔性BC几乎没有乳化能力，而半柔性CNF和刚性CNC可以很好地用于稳定乳液。对于CNF稳定的系统来说，消耗效应占主导地位，容易导致液滴团簇的形成，而对于CNF稳定的系统来说，排斥力作用更为重要。动态流变学进一步揭示了液滴长期结构弛豫的可见证据。这项工作提出了一些有趣的观点，可以通过调节纤维的柔韧性来调整皮氏乳剂的形态和粘弹性。

参考文献：Lu Y, Li J, Ge L, Xie W and Wu D. Pickering emulsion stabilized with fibrous nanocelluloses: Insight into fiber flexibility-emulsifying capacity relations. Carbohydrate Polymers 2021;255:117483.

14. 澳大利亚蒙纳士大学Gil Garnier（Biomacromolecules）：阳离子交联纳米纤维素基质用于肠道类器官的生长和恢复

水凝胶是多孔的三维结构，可以容纳大量的水，同时具有一定的机械完整性。这类软材料依赖于物理或化学交联的纤维网络，可以响应温度变化， pH和辐射。水凝胶的胶体稳定性依赖于纳米纤维素的缠结网络，可以通过共价或离子交联进一步改性。也可以将添加剂（例如氨基酸和糖）溶解在这些水凝胶中，以设计其生化特性，以实现特定水平的重量克分子渗透压浓度和离子强度。由于其具有很大的可调性，与其生物相容性相关，因此植物基纳米纤维素水凝胶是生物医学应用的理想选择。功能化的纳米纤维素水凝胶被用于肠道类器官的生长。但是，这些凝胶的刚度与固体含量成正比，并且未评估多种交联剂的作用及其浓度。最后，即使在短期内，在纤维素基质中生长的球体和类器官的恢复传代，尚未深入调查。

澳大利亚蒙纳士大学Gil Garnier研究阳离子交联，以控制纳米纤维素水凝胶的机械性能，以促进肠道类器官的生长和恢复。提出一个假设，即高度羧化的纤维素纳米纤维可以形成功能化的基质，为类器官生长提供理想的生化和物理特性。 并评估了其对水凝胶以及类器官形成的影响。从流变学角度表征了与Ca^{2 +}和Mg^{2 +}交联的TPON水凝胶的机械性能。在这些纤维素基质中培养类器官4天，并回收传代和RNA提取。从镁交联的水凝胶中回收的细胞簇可以通过，其提取的RNA完好无损。阳离子交联的纳米纤维素水凝胶有望成为3D细胞培养系统的替代植物基基质。

参考文献：Curvello R and Garnier G. Cationic Cross-Linked Nanocellulose-Based Matrices for the Growth and Recovery of Intestinal Organoids. Biomacromolecules 2020.

本文由春国供稿。

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