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 近日，Materials Today（IF = 31.041）在線發表了武漢大學化學與分子科學學院蔡杰教授課題組最新研究成果。論文題為《由獨特的水合殼聚糖晶體結構介導的超強韌殼聚糖膜》（“Extremely strong and tough chitosan films mediated by unique hydrated chitosan crystal structures”）。化學與分子科學學院博士研究生張晴、陳毅軍為共同第一作者，蔡杰教授為唯一通訊作者。

甲殼素是自然界儲量僅次于纖維素的天然高分子，殼聚糖是甲殼素最重要的脫乙酰化衍生物。殼聚糖由于固有的生物降解性、生物相容性、抗菌性能等受到廣泛關注。然而，傳統方法利用稀醋酸水溶液溶解殼聚糖，從溶液中再生得到的殼聚糖材料力學性能較弱，尤其是濕強很差難以滿足實際需求。因此，迫切需要開發能夠規模化應用的綠色新溶劑并發展高性能殼聚糖材料制備技術。

該研究利用課題組開發的KOH/尿素水溶液作為綠色新溶劑快速溶解殼聚糖形成透明殼聚糖溶液，殼聚糖溶液通過凝膠化和鹽析效應促使殼聚糖分子鏈在氫鍵和疏水相互作用下自組裝形成殼聚糖結晶水合物和納米纖維網絡結構。殼聚糖結晶水合物和納米纖維在水分子輔助下沿拉伸方向重新排列和取向，干燥后殼聚糖分子鏈之間的氫鍵相互作用顯著增強并維持分子鏈的排列和取向。此外，由于殼聚糖膜中的水合殼聚糖晶體結構在相鄰殼聚糖分子鏈間存在“水橋”氫鍵，有利于提高殼聚糖膜的韌性。殼聚糖膜的拉伸強度、楊氏模量和斷裂功分別達到579 ± 52 MPa、18.8 ± 1.5 GPa和26.7 ± 6.9 MJ m-3，遠高于目前文獻所報道的其他溶劑體系制備的殼聚糖膜，也高于大部分天然高分子膜材料，有望在生物醫學、柔性生物電子學、水處理和食品包裝等領域獲得潛在應用。

圖1.基于新溶劑體系的超強韌殼聚糖薄膜

蔡杰教授課題組多年來一直致力于天然高分子領域的研究，在纖維素、甲殼素和殼聚糖綠色新溶劑、環境友好材料和生物醫用材料等方面取得創新性成果，獲準發明專利30余項，部分研究成果正在進行成果轉化。該研究得到國家自然科學基金委、深圳市科技計劃項目和湖北省重點研發計劃科研經費支持。