武汉纺织大学张强：天然丝纳米纤维增强制备壳聚糖基生物纳米复合材料

天然生物聚合物因其高可用性、低成本和生物降解性在许多领域引起广泛关注。壳聚糖是一种天然的线性多糖生物聚合物，由 1,4连接的2-氨基脱氧β-D葡聚糖组成，是几丁质的部分脱乙酰化衍生物。由于其生物相容性、生物可降解、无毒、抗菌和止血的特性，壳聚糖在生物医学领域具有巨大的应用潜力。生物聚合物材料优异的力学性能来自于其多尺度层次结构。而壳聚糖材料在甲壳素加工过程中，由于多尺度纤维结构的破坏，其力学性能较差，极大地限制了其进一步的开发和利用。为了克服这一限制，将纳米原纤维引入壳聚糖基体中作为纳米强化，形成纳米复合材料。

武汉纺织大学 张强 团队 将蚕丝分解为纳米原纤维，作为壳聚糖结构和机械的增强材料。将蚕丝纳米纤维分散到壳聚糖溶液中后，可以用混合溶液制备出一组纳米复合材料 ，包括薄膜、多孔支架、细丝和纳米纤维海绵。 丝质纳米原纤维可以均匀地分散在壳聚糖溶液中，形成多维的纳米复合材料。该纳米复合材料具有较强的机械强度和热稳定性 。力学性能的增强可以归因于纳米纤维相和壳聚糖基体之间的相互作用。作为天然生物聚合物衍生的多糖 /蛋白质生物纳米复合材料，其生物相容性为生物材料的应用提供了新的机会。 该研究以 ”Natural silk nanofibrils as reinforcements for the preparation of chitosan-based bionanocomposites” 为题发表在 21年《 Carbohydrate Polymers 》上。

【文章亮点】

(1) 制备了用 SNF增强的壳聚糖材料，以提高壳聚糖作为一种生物材料的潜力。

(2) 采用化学预处理和机械崩解法从天然蚕丝中分离出 SNF。

(3) SNF的加入显著提高了壳聚糖薄膜的热稳定性。

图 1 SNF的制备步骤

图 2 具有不同 SNF/CS比值的壳聚糖基薄膜顶部表面的扫描电镜图像

图 3 壳聚糖、SNF和SNF/CS复合材料的FTIR光谱

图 4 不同共混比下壳聚糖基薄膜、样品拉伸强度的拉伸应力 -应变曲线。

图 5不同放大倍数下的多孔支架的扫描电镜图像

图 6多孔支架的压缩应力应变曲线

图 7功能化的多糖/蛋白质生物复合材料可以通过壳聚糖溶液与丝蛋白纳米纤维混合获得，这是两种典型的生物聚合物。可以制备多种形式的SNF/CS纳米复合材料，包括薄膜、多孔支架、灯丝、纳米纤维海绵等。

参考文献：

LI L, YANG H, LI X, et al. Natural silk nanofibrils as reinforcements for the preparation of chitosan-based bionanocomposites [J]. Carbohydrate Polymers, 2021, 253