纯天然纤维素膜为科技生活“添彩”

  4篇SCI论文，1件授权国家专利，1个全国大学生生命科学竞赛创新创业类特等奖……这是南京林业大学全生物质基纳米薄膜团队取得的令人惊叹的成绩。这个由本科生组成的研发团队，在导师的带领下持续发力，为小小薄膜赋予了神奇“魔力”。

  在日常生活中，我们经常会见到各种各样的薄膜材料，如蔬菜大棚膜、食品包装袋、以及具有特殊功能的光学薄膜等等。薄膜材料应用广泛，在诸多领域具有广阔的应用前景，但其在应用过程中也存在来源单一、污染严重、应用性能局限、生产能效低等缺点，限制了其更深入的发展与应用。

  2021年，在一个偶然的机会下，还是大一新生的陈劼和王欣妍跟随凌喆老师，进入了南京林业大学生物工程实验室，第一次接触到纤维素纳米晶体。这是一种通过酸水解去除纤维素的无定形区域，制备而得到的棒状纳米粒子，具有可再生、生物相容性以及独特的光学性质等优点。通过查阅文献，她们发现纳米纤维素悬浮液可以在临界胶体浓度下自组装成手性向列相，可进一步用于固体薄膜的制备。

  于是大一下学期，陈劼和王欣妍招募对这个方向感兴趣的同学，就这个课题申报了省级创新创业训练项目，想要对其进行深入的实验研究。

  理想很丰满，现实很骨感。虽然纳米纤维素悬浮液确实能用于制备固体薄膜，可是制备非常困难，得到的薄膜也出现性能弱、强度差、应用窄等问题，极大限制了其在新材料新装备领域的应用。如何才能改善这些问题？在导师的指导下，项目团队开始了向纳米纤维素悬浮液中引入不同生物基分子复合构筑薄膜的研究探索。

  研究的过程是不断试错和摸索的过程，也是不断提出假设，去验证的过程。初入实验室，很多设备不会使用，他们就请教师兄师姐；查文献不熟练效率低，他们便熬夜准备资料；从零开始学习origin等软件的使用……从寻找合适的目标分子，到改善薄膜的制备工艺，测试薄膜的性能，中间经历过很多次重来和失败。团队先后尝试了很多种添加分子，最后发现通过将其与四种不同的氨基酸：甘氨酸、组氨酸、苯丙氨酸和丝氨酸按一定比例复合，能使薄膜有显著的虹彩色且光学性能优异。

  良好的光学性能有了，薄膜依旧面临强度差，“一碰即碎”的困境，力学性能如何改善？团队继续深耕，终于发现将纤维素纳米晶与植物多糖以不同的含量比复合，通过蒸发诱导自组装形成薄膜，能在保持虹彩色的同时，解决薄膜力学性能不足的问题。

  研究终于有了阶段性成果，申请的省级创新创业训练项目也能顺利结题，可是团队并没有停下其研究的脚步。在一次薄膜的性能检测中，发现用蘸了水的毛笔在得到的薄膜上面写字，有清晰的字迹，但一段时间后，字迹消失了，薄膜也恢复如初。这一次小小的实验，让团队明白纤维素纳米晶薄膜的优良性能远不止看到的光学性能，大家又再一次投入到对薄膜性能的研究与检测中去。

  经过一系列检测与工艺改善，先后引入不同类型的氨基酸、多糖、木质素、壳聚糖等生物基分子以不同比例和纤维素纳米晶复合，经筛选、试验、检测，至今团队制备出具有多种性能的薄膜。所制备的薄膜能实现湿度、酸碱度快速检测响应与颜色变化，成功应用于湿度检测、食品鲜度指示、防伪等领域。

  在研究的过程中，团队先后发表了SCI论文四篇，其中，中科院一区论文三篇，累计影响因子高达40，他引共计30余次，授权国家专利一件，并于2022年项目获得了全国大学生生命科学竞赛创新创业类特等奖。

  该研究通过引入多种天然生物大分子与纤维素纳米晶复合，蒸发诱导自组装形成虹彩薄膜，代替石油基高分子作为薄膜添加剂，从而实现功能强化，绿色发展。全生物基纳米纤维素手性虹彩薄膜的制备会为未来多功能可持续材料的发展提供新的策略，薄膜也有望踏出实验室投入真正的生产生活当中。（严伟）