武汉大学蔡杰课题组《Materials Today》：高强度壳聚糖膜研究取得新进展

颗粒在线讯：近日，Materials Today（IF = 31.041）在线发表了武汉大学化学与分子科学学院蔡杰教授课题组最新研究成果。论文题为《由独特的水合壳聚糖晶体结构介导的超强韧壳聚糖膜》（“Extremely strong and tough chitosan films mediated by unique hydrated chitosan crystal structures”）。化学与分子科学学院博士研究生张晴、陈毅军为共同第一作者，蔡杰教授为唯一通讯作者。

甲壳素是自然界储量仅次于纤维素的天然高分子，壳聚糖是甲壳素最重要的脱乙酰化衍生物。壳聚糖由于固有的生物降解性、生物相容性、抗菌性能等受到广泛关注。然而，传统方法利用稀醋酸水溶液溶解壳聚糖，从溶液中再生得到的壳聚糖材料力学性能较弱，尤其是湿强很差难以满足实际需求。因此，迫切需要开发能够规模化应用的绿色新溶剂并发展高性能壳聚糖材料制备技术。

该研究利用课题组开发的KOH/尿素水溶液作为绿色新溶剂快速溶解壳聚糖形成透明壳聚糖溶液，壳聚糖溶液通过凝胶化和盐析效应促使壳聚糖分子链在氢键和疏水相互作用下自组装形成壳聚糖结晶水合物和纳米纤维网络结构。壳聚糖结晶水合物和纳米纤维在水分子辅助下沿拉伸方向重新排列和取向，干燥后壳聚糖分子链之间的氢键相互作用显著增强并维持分子链的排列和取向。此外，由于壳聚糖膜中的水合壳聚糖晶体结构在相邻壳聚糖分子链间存在“水桥”氢键，有利于提高壳聚糖膜的韧性。壳聚糖膜的拉伸强度、杨氏模量和断裂功分别达到579 ± 52 MPa、18.8 ± 1.5 GPa和26.7 ± 6.9 MJ m-3，远高于目前文献所报道的其他溶剂体系制备的壳聚糖膜，也高于大部分天然高分子膜材料，有望在生物医学、柔性生物电子学、水处理和食品包装等领域获得潜在应用。

图1.基于新溶剂体系的超强韧壳聚糖薄膜

蔡杰教授课题组多年来一直致力于天然高分子领域的研究，在纤维素、甲壳素和壳聚糖绿色新溶剂、环境友好材料和生物医用材料等方面取得创新性成果，获准发明专利30余项，部分研究成果正在进行成果转化。该研究得到国家自然科学基金委、深圳市科技计划项目和湖北省重点研发计划科研经费支持。