半纤维素基功能材料的研究进展

综述了近年来半纤维素基功能材料包括半纤维素膜、水凝胶、吸附材料、医用材料和催化剂载体的研究进展,并对其未来应用前景进行了展望。半纤维素膜可以作为包装材料和食品包覆膜,但要解决其强度和韧性低的问题;半纤维素水凝胶可以采用物理和化学交联的方法制备,在医药和环境等领域具有较好的应用前景,但要解决化学交联水凝胶生物相容性较差及物理交联水凝胶强度不够等问题;此外,半纤维素还可以作为吸附材料用于废水和空气净化,作为医用材料用于药物缓释和抗菌,作为催化剂载体用于化学合成,将来还有望在光电材料、组织工程材料等领域得到应用。     

木质纤维生物质半纤维素基功能材料研究进展

我国具有丰富的木质纤维生物质资源,半纤维素作为可再生木质纤维生物质资源的重要组成之一,具有极大的综合利用潜力。文章综述了近年来木质纤维生物质半纤维素基功能材料包括半纤维素膜、水凝胶、吸附材料、医用材料和催化剂载体的研究进展,并对其未来应用前景进行了展望。半纤维素膜可以作为包装材料和食品包覆膜,但要解决其强度和韧性低的问题;半纤维素水凝胶可以采用物理和化学交联的方法制备,在医药和环境等领域具有较好的应用前景,但要解决化学交联水凝胶生物相容性不好及物理交联水凝胶强度不够等问题;此外,半纤维素还可以作为吸附材料用于废水和空气净化,作为医用材料用于药物缓释和抗菌,作为催化剂载体用于化学合成,将来还有望在光电材料、组织工程材料等领域得到应用。     

纳米纤维素基水凝胶的制备及其在生物医学领域的应用进展

纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals,CNCs)和纤维素纳米纤维(cellulose nanofibrils,CNFs)具有独特的理化性质,例如,比表面积高(100 m2/g)、机械性能优越(弹性模量130～150 GPa)、密度低(低至1.6 g/cm3)、膨胀系数小(低至0.1×10-6/K)、生物相容性好、表面多羟基结构容易进一步修饰等,且原料易得、可再生和生物降解,是理想的先进功能材料构建砌块,已被证明是具有良好应用前景的生物基纳米材料。近年来,纳米纤维素基水凝胶引起了大量的关注,并且其在生物医学领域的应用得到了广泛研究。笔者主要综述了CNCs和CNFs基水凝胶的制备及其在生物医学应用的研究进展。首先介绍了制备CNCs基水凝胶的物理交联法和化学交联法,以及CNFs与金属离子交联、CNFs与聚合物交联两种制备CNFs基水凝胶的方法;其次重点介绍了CNCs和CNFs基水凝胶在药物递送、创伤敷料和组织工程支架中的应用;最后总结了CNCs和CNFs基水凝胶在生物医学领域的应用前景和面临挑战,并指明了CNCs和CNFs基水凝胶在生物医学领域研究的发展方向。     

纤维素基复合材料及其在医用方面的研究进展

以纤维素为基体制备的功能复合材料,可赋予纤维素光、电、磁以及催化等性能,在制浆造纸、精细化工、组织工程、生物医药等领域具有广阔的应用前景。纤维素基生物医用复合材料是纤维素功能复合材料的典型代表,它结合了生物质材料和生物材料的优点,在骨修复替代、组织工程、药物缓释、基因载体以及蛋白质吸附等领域具有潜在的应用价值,是当前生物质领域的研究热点。综述了目前制备复合材料常用的3种方法,即水热(溶剂热)法、微波辅助法和超声波法,并对这几种方法的特点进行了分析;同时对纤维素功能复合材料发展现状进行了概述,系统介绍了纤维素/羟基磷灰石、纤维素/碳酸钙以及纤维素/银等生物医用复合材料的研究进展。最后,结合笔者自身的研究经历,探讨了纤维素基生物医用复合材料开发过程中存在的问题以及今后的发展方向。     

刺激响应型水凝胶农药载体应用研究进展

高分子聚合物水凝胶作为药剂载体在农药中的应用已经成为一个热门研究领域。文章综述了高分子聚合物水凝胶作为缓释和刺激响应药剂载体在农药中的应用研究进展,重点介绍了水凝胶在农药制剂中的应用方式、刺激响应方式和水凝胶农药制剂的发展趋势,利用水凝胶作为农药载体,结合农药包封、涂膜等技术,实现农药的缓释和控制释放,减少农药对环境污染的同时,可提高农药的施用效果,并且有望实现农药施用智能精准调控。     

农林生物质材料基水凝胶的研究进展

综述了以纤维素、半纤维素、木质素、淀粉为原料制备水凝胶的研究进展,探讨了它们通过氢键、静电力及化学键合等结合方式如何制备水凝胶三维网络结构,以及这些水凝胶在生物医药、组织工程和污水处理等领域的应用前景。     

生物质基刺激响应型水凝胶研究进展

刺激响应型水凝胶是一种快速发展的新型功能高分子新材料,该水凝胶可以主动感受外部环境的差异,并以体积的溶胀或收缩等特定的方式将其感受到的变化反映到外界,在生活和生产的众多领域中显示出巨大的应用潜力。生物质原料作为可再生的自然资源,近年来已被广泛应用于制备刺激响应型水凝胶,特别是随着可控/活性聚合、点击化学、动态共价键、超分子自组装、超分子聚集态调控等分子工程技术的快速发展和应用,能在一定程度上克服生物质大分子本身的结构缺陷,构筑出含有生物质原料分子独特结构的刺激响应型水凝胶,并促进了生物质利用的新型绿色合成策略、多功能化技术、简单模块化的合成工艺、现代生物技术等技术的发展。本文从刺激响应型水凝胶的刺激响应方法和类型出发,分别介绍了温度响应型、酸碱响应型、光响应型、电响应型、磁响应型和多重响应型6种类型水凝胶,重点阐述了生物质原料独特分子结构对刺激响应型水凝胶性能的影响机制,总结了不同环境响应型生物质基水凝胶在药物控释、生物组织工程、生物传感器、吸附材料、细胞培养和抗菌材料等方面的应用,并展望其未来发展方向。     

纤维素自愈合水凝胶研究进展

水凝胶是由亲水性聚合物通过物理或化学交联方式形成的3D网络结构材料,通常具有亲水性、黏弹性、生物相容性等特点,广泛应用于生物工程、柔性电子等领域。传统水凝胶一般采用化石基聚合物为原料,其使用和废弃过程对人体和环境存在潜在威胁;同时水凝胶长时间使用后,在机械外力作用下易产生破坏,从而会对其结构完整性和性能产生影响。具有自我修复能力的水凝胶破损后利用超分子相互作用或可逆共价作用可以恢复到与起始状态几乎相同的机械性能,对延长水凝胶使用寿命具有重要意义。纤维素是一种天然有机聚合物,主要来源于自然界中的树木等天然材料,具有无毒、无害、生物相容性好等优点,符合绿色环保理念,应用前景广阔。纤维素链上丰富的含氧基团可与水分子形成氢键网络,有利于制备具自愈能力的水凝胶。对纤维素进行化学改性得到纤维素衍生物,如羧甲基纤维素、羟乙基纤维素等,可以扩大其在水凝胶领域的应用。本研究综述以纤维素以及纤维素衍生物为原料的一类自愈合水凝胶,总结传统自愈合水凝胶存在的缺点并提出相关改性策略。纤维素因自身晶体结构以及内部超分子相互作用导致其在水中难以溶解,故一般采用分散体系或溶解体系进行纤维素水凝胶的制备,通过调控水凝胶...     

纤维素基自愈合凝胶研究现状

纤维素是自然界丰富的天然有机高分子,具有价廉易得、环境友好、力学性能良好等优点,开发和利用空间非常广阔。传统水凝胶存在力学强度差、结构功能单一等问题,而引入纤维素及其衍生物是改善其性能的一种重要手段。因此通过物理或者化学方法对纤维素进行改性,制备具有自愈合性能的凝胶,受到科技工作者的广泛关注和研究。笔者以物理型和化学型自愈合凝胶为主线,综述了近年来采用纤维素制备自愈合材料的研究进展,为纤维素基自愈合凝胶的制备和应用提供参考。以纤维素基凝胶的自愈合机理进行分类,重点介绍了利用氢键、疏水相互作用、主-客体相互作用、金属配位作用和静电作用等物理作用,以及硼酸酯键、双硫键、酰腙键、烯胺键和Diels-Alder反应等化学作用构建的凝胶。分析了自愈合凝胶的设计思路,探讨了凝胶自愈合性能的影响因素,同时总结了基于纤维素制备的自愈合凝胶的结构特性及其在柔性电子、生物医疗、组织工程等方面的应用。最后,探讨了纤维素基自愈合凝胶所面临的问题,并展望了其研究前景。     

生物质纤维素基碳气凝胶材料研究进展

作为一种新型轻质多孔的功能性气凝胶,生物质纤维素基碳气凝胶具有独特的各向同性三维网络层级结构,该结构使生物质纤维素基碳气凝胶兼具气凝胶的高比表面积、高孔隙率、低密度以及碳材料的耐热性、导电性和生物质材料的可降解性、生物相容性,是近年来纳米功能性材料领域的研究热点之一。生物质纤维素基碳气凝胶原材料来源广泛,包括木材、竹材、果蔬等植物及其加工物、海洋生物和细菌等。基于原料形态不同,本研究将生物质纤维素基碳气凝胶的制备方法归结为凝胶炭化法和生物质直接炭化法,并详细介绍2种方法的制备工艺。基于生物质纤维素基碳气凝胶独特的层级孔状结构,本研究概述碳气凝胶的轻质多孔、疏水性、稳定性和导电性以及生物质纤维素基碳气凝的金属掺杂和杂原子掺杂改性,这些优异的材料特性使其在隔热、电化学、吸附等领域有着广泛应用,并有望渗透到药物缓释、抗菌材料、组织工程和电磁屏蔽等更多的前瞻性新兴材料领域。围绕生物质纤维素基碳气凝胶的功能化制备、性能表征和应用,创新性的研究理论和研究方法正在不断涌现,本研究在深入分析研究现状的基础上,展望生物质纤维素基碳气凝胶未来的研究方向和发展前景。生物质纤维素基碳气凝胶作为一种新型绿色材料,以其独特的热学、电学、光学及力学性能,可为生物质的高值化、功能化应用提供更多的研究思路,具有更加广泛的应用前景。