华中大谢尚县教授团队Adv. Sci.：研发具有可调控分层多孔结构的胶原纳米纤维-木质素复合海绵，助力高效低频吸声

BioMed科技 · 公众号 · · 2025-01-19 19:30

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2025年1月15日， 华中科技大学生命学院谢尚县教授 团队在 Advanced Science 期刊上发表了题为“Collagen nanofiber-lignin composite sponges with adjustable hierarchical pore structure for efficient low-frequency sound absorption”的研究论文。该研究聚焦于建筑吸声材料领域面临的诸多问题，如对不可再生资源的依赖、可持续性差以及固体废弃物处理难题等，从胶原蛋白在人体中的声学生理功能和木质素在植物中的结构特性中汲取灵感，创新性地将胶原蛋白纳米纤维与木质素相结合，成功开发出一种新型的天然生物基复合材料——胶原蛋白纳米纤维-木质素复合海绵（CLS）。

在建筑施工领域，传统的吸声材料如石油基聚合物（聚氨酯泡沫、扩展/挤压聚苯乙烯泡沫）以及岩石和矿渣纤维（矿棉、玻璃棉）等虽被广泛使用，但这些基于非可再生资源的合成材料在生产过程中会产生大量污染物和碳排放，且其生物降解性极差，使用后作为建筑废料处理时会进一步加重环境负担。据统计，用可再生的生物质材料替代高碳密集型、不可再生的合成材料，可减少约16%的建筑隐含碳，对环境改善意义重大。然而，设计出一种兼具优越吸声降噪性能、轻质、高机械性能和可生物降解性的天然建筑吸声材料，一直是该领域的研究难点。

谢尚县教授团队的这项研究，巧妙地利用胶原蛋白和木质素的独特性质，开发出的CLS材料展现出诸多卓越特性。它具有优异的宽频带降噪性能，在2000-6300 Hz的吸声系数超过0.9，同时还具备超轻质特性，密度仅为10mg/cm³，以及超高孔隙率，超过97%。木质素作为新型绿色交联剂的引入，显著提升了海绵的热稳定性和机械性能。更值得一提的是，CLS拥有独特的分层多孔结构，通过精确调控木质素含量，可促使纠缠的胶原纳米纤维网络向腔室结构转变，从而有效优化材料孔隙结构。这一结构优势赋予了CLS卓越的低频吸声性能，其降噪系数高达0.64，远超现有商用和天然生物质吸声材料。

此外，CLS的原材料来源于农林废弃物，具有可持续性、成本效益和简便的制备工艺等多重优势。其优异的吸声性能和轻质特性，使其有望成为高效建筑吸声材料的有力替代品。这项研究不仅实现了可再生资源的高效利用，还建立了简单经济的制备工艺，对推动建筑材料行业的绿色转型具有深远意义，为解决传统隔音材料所面临的环境问题开辟了全新途径，有望为建筑行业的隔音降噪提供一种可持续、高效的解决方案。

胶原蛋白纳米纤维-木质素（CLS）吸声海绵的制备和结构示意图

华中科技大学生命科学与技术学院 博士生马燕 为该论文的共同第一作者，我院 谢尚县教授、余洪波教授 及广西神冠胶原蛋白技术研究院 周亚仙 为该论文的共同通讯作者。

该论文的相关工作是谢尚县教授团队聚焦于胶原蛋白与木质素高值化研究的又一重要进展.近年来，谢尚县教授团队一直致力于开发胶原蛋白基新型材料以及木质素的高值化利用，在Nature Communications、Trends in Biotechnology、Advanced Science、Biomaterials、Green Chemistry、Environmental Microbiology、Applied and Environmental Microbiology等期刊发表了一系列重要成果。

该研究得到了国家重点研发计划等项目的支持。

华中大谢尚县教授团队Adv. Sci.：研发具有可调控分层多孔结构的胶原纳米纤维-木质素复合海绵，助力高效低频吸声

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