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  殼聚糖（CTS）作為一種天然陽(yáng)離子多糖，具有良好的生物相容性、抗菌性與可降解性，但其機(jī)械強(qiáng)度低、結(jié)晶度高，且加工使用依賴酸性環(huán)境，制約了實(shí)際應(yīng)用。因此，研究轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)相似的氨基纖維素納米纖維（A-CNF），以結(jié)合纖維素優(yōu)異的力學(xué)性能與殼聚糖的生物活性。然而，A-CNF的合成仍面臨氨基含量有限、工藝復(fù)雜與可持續(xù)性等挑戰(zhàn)。本研究通過(guò)分子工程方法突破了傳統(tǒng)合成在功能化程度、產(chǎn)率及環(huán)境影響方面的瓶頸，顯著推進(jìn)了納米纖維素材料的實(shí)際應(yīng)用。A-CNF不僅是纖維素的升級(jí)，更融合了可再生原料、綠色合成、優(yōu)異力學(xué)性能與多功能生物活性，為下一代醫(yī)療器械與再生治療提供了創(chuàng)新材料基礎(chǔ)。

圖1. 纖維素向A-CNF的轉(zhuǎn)化過(guò)程。

  近期，東北林業(yè)大學(xué)于海鵬教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華教授，在前期實(shí)現(xiàn)羧基化纖維素納米纖維低成本、規(guī)模化、可持續(xù)制備的基礎(chǔ)上（Nat. Sustain. 7, 315–325 (2024)），開(kāi)發(fā)出一種綠色、經(jīng)濟(jì)且可擴(kuò)展的新方法，可將可持續(xù)纖維素高效轉(zhuǎn)化為高長(zhǎng)徑比（~2200）、高氨基含量（6.5 mmol/g）與高收率（96.9%）的A-CNF。生命周期評(píng)估與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析共同表明，該合成路線兼具綠色性與可擴(kuò)展?jié)摿Α?/span>

  所得A-CNF兼具CTS的生物功能性與纖維素的機(jī)械及熱穩(wěn)定性，有效解決了可持續(xù)生物材料中機(jī)械強(qiáng)度與生物功能難以兼顧的長(zhǎng)期難題，并成功構(gòu)建出適用于組織工程的高性能支架，為先進(jìn)生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用開(kāi)辟了新路徑。該類支架具備高孔隙率、優(yōu)異的內(nèi)部連通性、生物穩(wěn)定性和抗菌性能，僅通過(guò)調(diào)節(jié)A-CNF固含量即可靈活調(diào)控其孔徑與力學(xué)性能，以滿足不同細(xì)胞微環(huán)境的需求。研究還采用交叉驗(yàn)證策略，基于三種互補(bǔ)的細(xì)胞器模型，通過(guò)精確匹配支架孔徑與細(xì)胞尺寸，系統(tǒng)評(píng)估了A-CNF支架在分化細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞及原代細(xì)胞等多種范例下的生物學(xué)性能。與CTS支架的比較分析進(jìn)一步凸顯了A-CNF在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的顯著優(yōu)勢(shì)及其變革潛力。

  相關(guān)成果以“Sustainable synthesis of amino-cellulose nanofibers for biomaterial platforms”為題發(fā)表在《Science Advances》上，文章第一作者是史曉超，張箭為共同第一作者。

圖2. A-CNF的形態(tài)學(xué)與理化性質(zhì)分析。

圖3. A-CNF的光譜分析。

圖4. A-CNF支架的可定制特性。

圖5. A-CNF支架的生物學(xué)特性。

  原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx4556