研究发现,将钯纳米颗粒 PdNPs)负载于纳米纤维素中制备成复合物,其可以将苯酚 催化氢化成环己酮,且能催化苯乙烯与碘代苯的耦合反应,这 是因为NCC可以作为形成稳定PdNPs的支撑基质,同时在催 化过程中为底物的吸附和参与提供位点。 但是,纳米纤维素的一个缺点是其热稳定性较低(热重分 析,小于250时降解率为95% [14],这大大限制了其在高温 催化反应中的应用。 Wang [15]用混合酸水解微晶纤维素得 到球形纤维素纳米晶体,采用两种方法提高其稳定性:通过脱 硫作用使硫酸氢盐减少,或者用NaOH溶液中和,而后者显示 出更高的效率。 1.3 生物应用 1.3.1 酶固定化 由于NCC大的比表面积和无孔结构,它被用于蛋白质和 酶的固定化,纳米颗粒固定化的酶的作用 pH 和温度范围更 广,热稳定性更强 [16] 丁玲[17] 制备了PA6 PVA复合纳米纤维膜,并将其用作酶的固定化载体,结果表明,固定化酶的米氏常数Km相比自 由酶的明显增大,并且固定化酶的热稳定性、重复使用稳定性 和贮藏稳定性均得到提高。 纳米纤维素也可与金属纳米颗粒结合,应用于酶的固定 化,如负载Au纳米颗粒( AuNPs NCC能作为优良的酶固定化的载体。。 1.3.2 生物传感和生物成像 纳米纤维素表面的功能基团能与不同的生物分子结合或 者作为金属纳米颗粒的结合位点,这为其在生物传感或生物 成像中的应用提供了可能。 Liu H等[18] 发现,羧酸化纳米纤维素中的羧基和羟基可 以触发协同作用,吸附金属阳离子和合金纳米颗粒,阻止纳米 颗粒的聚沉。他们制备的银—钯/羧酸化纳米纤维素复合材 料可以用作DNA杂交电检测的标记物。 由于较小的尺寸、天然的成分和亲水性表面, NCC可作为 细胞内的潜在载体,其表面羟基能与荧光剂反应形成纳米荧 光标记物,对细胞中的纳米颗粒进行定量和检测 [19] 。同时,新 型纤维素基高效荧光纳米材料在生物成像领域也有越来越广 [20]经实验发现,纤维素基纳米胶束可高效 包载疏水性荧光染料和量子点,包载后染料未出现明显的荧 光猝灭现象,在室温下可稳定保存一周以上。其对小鼠干细 胞无明显生物毒性,且可通过吞噬作用进入细胞内部,成功实 现疏水性荧光染料于水相体系中的细胞成像。 1.3.3 吸附剂 纤维素及其衍生物因来源广、价廉等特点近来被广泛应 用于吸附金属离子、染料、油类、毒素等。纤维素及其衍生物 比表面积大,不溶于水和有机溶剂,且结构中存在着大量羟 基,故其在吸附方面具有良好的应用前景。 纤维素能吸附和清除人体内的毒素。孟舒献 [21] 以纤维素 为载体,开发了一系列纤维素衍生物,用来清除慢性肾功能衰 竭的3种毒素—尿素、肌酐和尿酸。结果表明,纤维素衍生物 对3种毒素的吸附能力良好,显著降低了大鼠体内的毒素浓 度,起到较好的治疗效果。 不仅纤维素衍生物,纤维素基凝胶因具有高吸水性和可 降解性,也已被广泛应用在重金属吸附、保水材料等领域。 Chin等[22] 研究发现,纤维素气凝胶能够在10min内吸收大约 28倍其本身质量的石油,且很容易通过外部磁体从水界面移 除和恢复。低成本、简便性、可恢复性以及高吸油能力和效率 使其在环境领域具有广阔的发展前景。 1.4 增强剂 纳米纤维素是生物高聚物增强相,其具备质轻、力学性能 优异、透光性佳等特点,且生物可降解、可再生,很低的含量 (质量分数 5% )就能极大改变复合物的性能,具有其他增强 相无可比拟的优点 [23] Alemdar等[24] 将纤维素纳米纤丝加入到淀粉基体中,发 现纳米纤丝在处理过程中结晶度提高了35% ,降解温度提高 了38% ,且能均匀地分散到淀粉基体中去,复合物和单一淀粉 塑料相比,抗张强度和模量有很大程度的增加,玻璃化转变温 Tg)也大大提高。 对于生物基高分子和天然纤维在形成复合材料时的不相 容性问题,由纤维素可以制备单一的聚合物材料,即自我增强 复合材料,有望得以解决。 Gindl等[25] 把微晶纤维素 型按不同的比率添加到再生纤维素基体中,制成了透明、质轻的单一纤维素纳米复合膜。高结晶度的 型纤维素纳米微晶能使复合膜的抗张强度弹性模量显著提高,机械性能也明显 增强。 第43卷1.5 造纸工业 纳米纤维素具有结晶度高、分子取向好、机械强度高的特 点,且比表面积大,表面羟基丰富,将其加入纸浆中,其与纸浆 纤维能够紧密的结合,从而提高纸浆纤维之间的结合力。因此,纳米纤维素在制浆造纸中作为增强、助留、助滤剂具有很 好的发展前景 [26] 微纳米纤维素作为一种环保无污染的材料,可与纸张纤维相互作用,填补纸张表面空隙,使得涂布后的纸张表面光 滑,粗糙度下降,抗张强度和耐破强度均提高。微纳米纤维素 干燥后与纸张纤维形成强烈的氢键作用,可牢固于纸上,且安 全无毒,能作为食品包装材料 [27] 1.6 食品工业 目前,食品工业上应用最为广泛的是微晶纤维素和细菌 纤维素,其无毒无味、安全性高,具有独特的理化性质,且不影 响产品质量,因而越来越受到人们的重视。其可以作为食品 添加剂如乳化剂、增稠剂、泡沫稳定剂、营养强化剂 [28] 等,还可 制备成纤维素膜用于食品包装材料。 微晶纤维素应用于乳制品中,能使油—水乳化液中的水 相被增稠和胶化,从而防止油滴彼此间靠近乃至聚合,起到悬 浮稳定的作用。刘娟等 [29] 将微晶纤维素与卡拉胶复配使用加 入到可可奶中,使其稳定性提高,达到保质6个月的要求,且 稠度适中,口感爽滑。 Lavoine等[30] 将微晶纤维素涂布在纸上,类似于纤维素膜 模型,并研究了咖啡因分子在水中的释放,结果表明,涂布了 微晶纤维素后咖啡因分子的扩散和释放更为缓慢,这为纳米 纤维素膜在食品包装领域的应用提供了可能。 1.7 其他应用 此外,纳米纤维素在化妆品、电化学等方面还有广泛 应用。 由于纳米纤维素能打开气孔、穿过皮下的脂质层和上皮 层,清理皮肤的毛孔,同时有很好的离子渗透性和持水性,故 可以应用在化妆品、化妆棉、面膜中。