蔡杰課題組高強(qiáng)度殼聚糖膜研究取得新進(jìn)展
近日，Materials Today（IF = 31.041）在線發(fā)表了化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院蔡杰教授課題組最新研究成果。論文題為《由獨(dú)特的水合殼聚糖晶體結(jié)構(gòu)介導(dǎo)的超強(qiáng)韌殼聚糖膜》（“Extremely strong and tough chitosan films mediated by unique hydrated chitosan crystal structures”）?；瘜W(xué)與分子科學(xué)學(xué)院博士研究生張晴、陳毅軍為共同第一作者，蔡杰教授為唯一通訊作者。
甲殼素是自然界儲(chǔ)量?jī)H次于纖維素的天然高分子，殼聚糖是甲殼素最重要的脫乙?；苌?。殼聚糖由于固有的生物降解性、生物相容性、抗菌性能等受到廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)方法利用稀醋酸水溶液溶解殼聚糖，從溶液中再生得到的殼聚糖材料力學(xué)性能較弱，尤其是濕強(qiáng)很差難以滿足實(shí)際需求。因此，迫切需要開發(fā)能夠規(guī)模化應(yīng)用的綠色新溶劑并發(fā)展高性能殼聚糖材料制備技術(shù)。
該研究利用課題組開發(fā)的KOH/尿素水溶液作為綠色新溶劑快速溶解殼聚糖形成透明殼聚糖溶液，殼聚糖溶液通過(guò)凝膠化和鹽析效應(yīng)促使殼聚糖分子鏈在氫鍵和疏水相互作用下自組裝形成殼聚糖結(jié)晶水合物和納米纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。殼聚糖結(jié)晶水合物和納米纖維在水分子輔助下沿拉伸方向重新排列和取向，干燥后殼聚糖分子鏈之間的氫鍵相互作用顯著增強(qiáng)并維持分子鏈的排列和取向。此外，由于殼聚糖膜中的水合殼聚糖晶體結(jié)構(gòu)在相鄰殼聚糖分子鏈間存在“水橋”氫鍵，有利于提高殼聚糖膜的韌性。殼聚糖膜的拉伸強(qiáng)度、楊氏模量和斷裂功分別達(dá)到579 ± 52 MPa、18.8 ± 1.5 GPa和26.7 ± 6.9 MJ m-3，遠(yuǎn)高于目前文獻(xiàn)所報(bào)道的其他溶劑體系制備的殼聚糖膜，也高于大部分天然高分子膜材料，有望在生物醫(yī)學(xué)、柔性生物電子學(xué)、水處理和食品包裝等領(lǐng)域獲得潛在應(yīng)用。
圖1.基于新溶劑體系的超強(qiáng)韌殼聚糖薄膜
蔡杰教授課題組多年來(lái)一直致力于天然高分子領(lǐng)域的研究，在纖維素、甲殼素和殼聚糖綠色新溶劑、環(huán)境友好材料和生物醫(yī)用材料等方面取得創(chuàng)新性成果，獲準(zhǔn)發(fā)明專利30余項(xiàng)，部分研究成果正在進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目和湖北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃科研經(jīng)費(fèi)支持。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1369702121003631
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