张俐娜：首次大规模制备出基于纳米纤维构筑的高强度甲壳素丝

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尿布织物等常用商品虽然具有方便快捷等优势，但产品难以降解，废弃后会对环境造成严重污染。因此，寻找可替代的生物降解材料具有重要意义。甲壳素作为一种可生物降解的可再生资源，却未被大量开发和利用起来。其原因在于甲壳素分子间和分子内含有大量氢键，导致其难溶解利用。近年发展的绿色溶剂，如离子液体已用于溶解甲壳素并通过干喷湿纺法制备甲壳素纤维，遗憾的是该纤维力学性能并不理想。武汉大学张俐娜院士团队开发的NaOH/尿素绿色溶剂体系通过冷冻-解冻法溶解甲壳素，并使用小型湿法纺丝机成功制备出甲壳素丝，强度达到1.36 cN/dtex，但仍然低于传统粘胶纤维的强度。因此，要实现甲壳素丝批量化生产，提高其力学强度是关键。

近日，武汉大学张俐娜院士课题组与四川大学傅强教授课题组合作成功制备出可降解高强度甲壳素丝，丝内部由约27nm的纳米纤维取向排列构成，该结构赋予了丝更高的力学强度，强度可达2.33 cN/dtex，超过大量文献报道。该工作以标题“Mechanically Strong Chitin Fibers with Nanofibril Structure, Biocompatibility and Biodegradability”发表于国际著名期刊“Chemistry of Materials”，共同第一作者是朱坤坤博士和涂虎博士，共同通讯作者是四川大学高分子系的傅强教授，以及武汉大学的吕昂副教授和张俐娜教授。

作者采用碱/尿素体系冻溶甲壳素得到甲壳素纺丝液，采用湿法纺丝技术大规模制备甲壳素丝。在低温植酸凝固浴中再生时，溶液中伸展的甲壳素分子链在该温和再生条件下易于充分排列聚集形成纳米纤维，从而得到基于纳米纤维构筑的高强度甲壳素丝，其原理已在之前研究中得到证实。

细胞毒性实验证明，制备的高强度甲壳素丝能很好的促进心肌细胞生长。此外，甲壳素丝还具有优越的可降解性，其土壤降解周期和体外降解周期分别只需22天和34天。这表明本工作制备的可降解高强度甲壳素丝，不仅有望取代尿布等织物，减少难降解污染物排放；优良的生物相容性也拓宽了其应用领域，例如可用作于可吸收手术缝合线和伤口敷料等医疗器械。