中国粉体网讯 自然界中的许多生物能够利用天然高分子和生物矿物质构建许多结构复杂、具有优异机械强度和功能性的复合材料。例如，螃蟹、龙虾等利用无定形碳酸钙（ACC）的来增强它们的骨架。这种生物矿化设计为构建功能轻质结构材料提供了灵感。
ACC在湿润状态下不稳定，容易转变为结晶态，成功模仿这些自然设计的关键在于是否能够有效地稳定ACC。因此，开发高效、可生物降解、生物兼容和可持续的ACC稳定剂对研究者们而言仍然是一个巨大的挑战。近日，四川大学卢灿辉教授、熊锐特聘研究员和德国康斯坦茨大学HelmutCölfen教授受甲壳动物角质层中稳定的ACC启发，报道了纤维素纳米纤维（CNFs）这一自然界最丰富的天然高分子对ACC的长期有效稳定能力。
图1 CNFs稳定ACC以构建多功能复合材料的设计示意图
通过表面羧基和刚性分离网络的协同稳定作用，CNFs表现出长期稳定性（超过一个月），稳定效率分别是羧甲基纤维素（CMC）和海藻酸盐的3.6倍和4.4倍，甚至高于聚丙烯酸。由此产生的CNF/ACC分散体可以制成透明复合薄膜，强度高达286MPa，韧性高达28.5 MJ/m3，超过了迄今为止报道的合成生物聚合物-碳酸钙/磷酸盐复合材料。
图2 CNF/ACC复合材料的力学性能
此外，所制备的复合材料还表现出良好的自愈合性能和湿稳定性，以及表面可进行微纳结构图案化，还可用于制备监测呼吸和手指接触的湿度传感器，具有良好的灵敏度。因此，该CNF/ACC复合材料的多功能性使得其在生物医学、包装和可穿戴设备等多种领域中具有前景。
图3 CNF/ACC复合材料的自愈合性能及表面微纳米图案化。
上述工作近期以“Bioinspired Stabilization of Amorphous Calcium Carbonate byCarboxylated Nanocellulose Enables Mechanically Robust, Healable, and SensingBiocomposites”为题发表在ACSNano上。四川大学高分子研究所博士生邬宛霖和福建师范大学环境科学与工程学院卢至行讲师为共同一作，四川大学高分子材料工程国家重点实验室熊锐特聘研究员和德国康斯坦茨大学HelmutCölfen教授为共同通讯作者。
参考来源：ACS Nano、高分子科技等
(中国粉体网编辑整理/昧光)
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