纤维素是世界上最丰富的天然聚合物之一，富存在农林废弃生物质中，将其纳米化加工是农林废弃生物质高附加值利用的有效途径。农林生物质源纤维素的溶解性以及溶液的可纺性是限制其用作静电纺丝加工的主要因素。天然生物质中的木质素-碳水化合物复合物（LCC）结构制约了纤维素的分离，同时也妨碍了纤维素的溶解。分子量是影响可纺性的重要因素，合适的分子量范围能生产均匀连续的静电纺丝纤维。因此，寻求纤维素分子量的可纺性范围和开发新的纤维素分离新方法对指导静电纺丝制备农林废弃生物质源纳米纤维有着重要意义。
近日，昆明理工大学敖成鸿老师团队开发了一种新的天然纤维素分离方法，成功从生物质中获得了高纯度纤维素，能完全溶解在8 wt% 氯化锂/N,N-二甲基乙酰胺（LiCl/DMAc）溶剂体系中。另外，研究团队通过铜乙二胺法测定9种不同生物质源纤维素的分子量，评估其可纺性，提出了天然纤维素可纺分子量临界参考值为335,664；在恒定纤维素浓度下，大于此临界值分子量的纤维素均具有一定的可纺性，并且随着纤维素分子量的增加，纤维素的可纺性逐渐增强，纤维被拉伸得更细且更均匀。相关研究成果以“How to select agroforestry waste biomass for electrospinning and its potential application in bone tissue engineering”为题目，发表在期刊《Carbohydrate Polymers》上。该研究的第一作者是袁龙洁；通讯作者为敖成鸿。
图1：静电纺丝制备废弃生物质源纤维素纳米纤维流程图
竹纤维被选为农林废弃生物质代表，探究其在组织工程领域的应用潜力，分离后的竹纤维素能溶解于8 wt% LiCl/DMAc并能直接进行静电纺丝，所得的竹纤维素纳米纤维膜（B-CFM）拉伸强度可达24.12 MPa，优于大部分已报道的静电纺丝膜，具有卓越的力学性能。
图2：B-CFM力学性能
B-CFM直径随电压的升高而变细（图3（d）-（f）），这是因为施加的电压越高引起越高的拉应力，进而导致纤维呈现逐渐变细的趋势。B-CFM直径接近天然细胞外基质（ECM）尺寸，有望提供适宜的细胞生长环境。
图3：不同电压下纤维形态及直径分布
此外，B-CFM具有良好的细胞相容性，培养细胞一天后，有B-CFM存在的实验组的活细胞比例（90.80 %）略高于对照组（89.42 %）。当水滴接触B-CFM时，能在500 ms内迅速铺展，接触角接近0°，呈现出超亲水性。另外，制备的B-CFM还表现出良好的生物降解性，能在自然条件下10周实现完全降解。
图4：B-CFM的细胞相容性和超亲水性
显然，优异的力学强度、亲水性、生物可降解性和细胞相容性证明了B-CFM在骨组织工程领域具有广阔的应用前景。
研究团队工作提供了一种将农林废弃物转化为高附加值产品的全新途径。通过静电纺丝技术制备的纤维膜不仅具有优异的机械性能和生物相容性，还为骨组织工程提供了新的材料选择。此外，该研究为农林废弃物的资源化利用提供了新的思路，有助于推动可持续发展和环境保护。这一成果不仅在学术上具有重要意义，也为实际应用提供了技术支持，具有广阔的市场前景。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2024.122921返回搜狐，查看更多
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