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，通过调控水凝胶的三维结构，利用可逆共价作用（酰腙键、二硫键交换等）和非共价作用（氢键、疏水作用、主客体相互作用等）赋予其自我修复能力。由于这种可逆交联的存在，传统纤维素自愈合水凝胶一般机械性能较差，同时因现阶段对纤维素自愈合水凝胶的功能开发比较单一，限制其在各领域的应用。本研究介绍构建智能网络结构、仿生自然生物伤口愈合机制、功能化改性的方式，总结新型多功能智能纤维素自愈合水凝胶构筑的方式，结合自愈合水凝胶取得的相关研究成果，提出纤维素自愈合水凝胶现阶段仍需解决的问题，并对自愈合水凝胶的应用前景进行展望。

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。

随着医学技术进步，对医用材料在生物相容性和功能性方面的要求也日益提高。作为一种新型表面修饰技术，润滑水凝胶涂层近年来受到广泛关注。该文旨在从水凝胶润滑原理、水凝胶润滑改性方式和水凝胶涂层的修饰方法3方面综述润滑水凝胶涂层的相关研究。首先，从关节软骨的润滑机理出发，引出水凝胶润滑原理相关研究；其次，基于已有润滑理论，介绍了几类典型的水凝胶润滑改性方式，并详细阐述了现有几种水凝胶涂层的修饰方法，为设计水凝胶涂层提供参考；最后，对润滑水凝胶涂层的研究进行总结与展望。

【目的】探究纤维素替代淀粉对肌原纤维蛋白凝胶特性的影响，为纤维素替代淀粉在香肠中的运用提供一定的理论依据。【方法】以添加不同比例的淀粉/纤维素-肌原纤维蛋白为模拟体系，研究复合凝胶的持水性、色差、质构特性以及断裂形变时的应力应变，分析动态升温流变特性、蠕变回复特性，观察淀粉/纤维素-肌原纤维蛋白的空间分布和三维网络结构。【结果】增加淀粉和纤维素的添加比例，可以改善复合凝胶的持水性和储能模量。淀粉和纤维素添加比例分别从0增加到2.0%时，硬度、咀嚼度逐渐增加到最大值，与对照组相比，硬度分别提高29.47%和43.69%，咀嚼度分别提高34.82%和41.58%,L~*、白度有减小的趋势。复合凝胶断裂形变时应力应变结果表明，添加2.0%纤维素时的应力（9 681.86 Pa）为最大值，应变（1.14）为最小值。复合凝胶的蠕变模量值随着淀粉和纤维素添加比例增加而逐步减小，相同添加比例条件下纤维素组复合凝胶的蠕变模量值减小更明显。石蜡切片显示，淀粉和纤维素只是简单地镶嵌在凝胶网络结构中，并没有与蛋白发生交联，其中纤维素在肌原纤维蛋白凝胶体系中形成的不规则区域更大。微观结构显示，对照组表面粗糙，空洞较多；添加淀粉和纤维素后，复合凝胶变得均匀致密，空洞减少；相同添加比例条件下，纤维素组的蛋白网络结构具有更好的均匀性和致密性。【结论】淀粉和纤维素添加到肌原纤维蛋白中，两者都可以改善复合凝胶的持水性、色差、质构特性、断裂形变时应力应变、流变特性以及微观结构，但是纤维素对复合凝胶的改善效果更显著。因此，纤维素作为淀粉替代物在凝胶类香肠中的应用具有可行性。

针对白洋淀抗生素水污染研究现状并依托当前科研项目，设计了采用水热法合成以羧甲基纤维素（CMC）为基底、钴镍铁层状氢氧化物（CoNiFe-LDH）修饰的复合气凝胶（CMC/CoNiFe-LDH）吸附水中环丙沙星的研究型实验。实验使用SEM、XRD、FTIR等对CMC/CoNiFe-LDH的形貌、物相、基团等进行了表征，并分析了pH、反应时间、初始浓度对吸附效果的影响。实验结果表明，最佳实验条件下CMC/CoNiFe-LDH对环丙沙星的吸附量为298.32mg/g。该教学实验涉及分析化学、材料化学、仪器分析等课程知识，有助于激发学生的实验学习兴趣，培养创新思维及实验动手能力，提高运用理论知识解决实际问题的能力。

半纤维素是草本植物细胞壁的重要组成成分,可以直接或者间接应用于食品、材料、医药、化工等领域。半纤维素成分多样,主要包括木聚糖(xylan)、木葡聚糖(xyloglucan)、甘露聚糖(mannan)和它们的衍生物。这些糖在结构上不仅有长短不一的主链,还有结构特异的侧链,在不同物种甚至同一物种不同细胞类型之间差异都很大。本文结合最新进展详细评述了草本植物主要半纤维素成分的结构、生物合成过程以及在生长发育过程中的作用,为全面、深入研究草本植物半纤维素奠定基础。

白蚁利用自身及体内共生微生物分泌的纤维素酶降解食物中的纤维素成分,来满足新陈代谢需要。据美国国家生物技术信息中心GenBank数据库统计,目前已有4科6属9种白蚁及其体内共生物的纤维素酶基因被克隆测序。同源性分析表明,白蚁及其共生物编码内切β-1,4-葡聚糖酶的基因,在序列上有较高的相似性。

在比较主要纤维素纳米纤维基础上,综述纤维素纳米纤丝发展历程、加工制备、主要性能及潜在应用领域,并提出开展进一步研究的建议,以期为推动和加速我国纤维素纳米纤丝相关研究提供参考与思路。

木质纤维素类生物质是地球上最丰富的可再生资源。为提高木质纤维素类生物质的转化率,提升纤维素酶的水解效率和可发酵性糖产量,降低纤维素酶的使用量和生物质转化成本,对木质纤维素类生物质进行预处理十分必要;然而,木质素、纤维素和半纤维素之间的天然屏障限制了纤维素酶对纤维素组分的酶解。木质纤维素类生物质预处理主要有物理法、化学法、物理化学法和生物法,目前更多采用质量分数小于4%的稀酸法(如盐酸、硫酸和硝酸等,120～210℃)、高温热水法、蒸汽爆破法和液相水热法等,不同预处理方法对木质素或大部分半纤维素的溶解和去除有利于提高纤维素酶的可及性。木质素对纤维素酶解具有明显抑制作用,通过预处理降低木质素含量有利于提高纤维素酶解效率。木质纤维经稀酸或高温热水等预处理后,Klason木质素相对含量反而会增加。在木质纤维素类生物质预处理过程中,木质素液滴可能以假木质素形式沉积于纤维素表面,使其比天然木质素更加抑制纤维素酶解。本研究首先概述生物质预处理过程中木质素液滴和假木质素的形成过程,提出假木质素产生的可能机制,并对其组成和性质进行综述;然后阐述木质素液滴和假木质素对木质纤维酶解的影响;最后总结假木质素形成的调控策略。假木质素的形成过程属于非均相反应过程,受传质扩散(分子水平)和流动(宏观统计水平)的影响,可从介尺度行为研究假木质素的形成机制,同时建立相关模型和理论实现其科学的定量描述和定向调控,这不仅有利于木质纤维素类生物质炼制工艺的发展,也有利于促进跨学科科学规模的形成。

作为一种天然可再生资源,纤维素及其衍生材料在国民生产中扮演着重要角色。随着纳米科技的发展,利用化学、物理、酶催化等方法得到一维纳米尺度的纳米纤维素应运而生。由于纳米纤维素具有高强度、高表面积、低热膨胀系数、易交织成网状结构等特点,其作为基体材料在柔性屏幕、透明传感器及储能器件方面发展迅速。按照制备方法(机械法、氧化法、水解法)的不同,可以得到具有不同物理微观形态和化学修饰基团的2类纳米纤维素:纳米纤维素纤丝和纳米纤维素晶体。按照储能机制的不同,导电活性物质主要包括导电高分子(聚吡咯、聚苯胺等)、金属氧化物(二氧化锰、二氧化钛、氧化锌等)和碳材料(碳纳米管、石墨烯等)。由于纳米材料形态特征的差异...

纤维素纳米纤维(cellulose nanofiber,本文缩写为CNF)因其独特的网状结构和性能特点,在增强聚合物制备复合材料方面发展迅速。简述CNF的制备及特征;然后从改善团聚、提高界面相容性的角度,介绍对CNF进行表面衍生化、表面接枝和添加偶联剂等表面化学改性研究及改性后CNF的性能特点;简述利用CNF增强聚乙烯醇、聚乳酸、环氧树脂、酚醛树脂等聚合物的研究进展;最后对CNF增强聚合物复合材料今后的主要研究方向进行展望。

【目的】研究魔芋胶对猪肉肌原纤维蛋白微观结构和相分离结构的影响，进而阐释魔芋胶对肌原纤维蛋白凝胶特性和保水特性的调控机制，为魔芋胶在低脂香肠中的应用提供理论支撑。【方法】试验以添加不同比例魔芋胶-肌原纤维蛋白为模拟体系，测定模拟体系的质构和发生断裂形变时的应力应变、复合凝胶的水分分布和持水力，观察魔芋胶和肌原纤维蛋白的相分离行为以及肌原纤维蛋白凝胶网络的微观结构。【结果】当魔芋胶的添加比例<0.05)。低场核磁结果显示在魔芋胶添加比例<0.8%时，复合凝胶体系不易流动水的弛豫时间和自由水所占百分比随添加比例的提高显著降低（P<0.05），而不易流动水所占百分比显著提高（P<0.05），同时复合凝胶的持水力由对照组的67.18%显著提高到80.47%(P<0.05)。魔芋胶高比例添加（≥0.8%）显著提高了不易流动水的弛豫时间和自由水所占百分比（P<0.05），而不易流动水所占百分比显著降低（P<0.05），同时持水力显著降低到55.24%(P<0.05)。石蜡切片显示魔芋胶以物理填充的形式镶嵌在复合蛋白凝胶骨架中，并形成大量的大小和形状各异的空洞。扫描电镜显示对照组蛋白凝胶网络结构中的空洞与沟壑填充了大量水相。魔芋胶在添加比例<0.8%时，能够减少蛋白网络结构中相互交错的水沟壑，使蛋白凝胶网络结构更加致密均一。魔芋胶高比例添加（≥0.8%）会增加体系中水沟壑的数量与体积，致使复合凝胶微观结构更加松散。同时，图像处理分析结果显示，添加0.4%魔芋胶的复合蛋白凝胶网络结构的分形维度2.809为最高（P<0.05），而缺项值0.264为最低（P<0.05）。【结论】低浓度魔芋胶对肌原纤维蛋白凝胶特性和保水特性有显著改善效果，魔芋胶的添加比例上限为0.4%，高比例的添加（≥0.8%）会使复合蛋白凝胶质构劣变。

为探究一种新型天然食品添加剂研发的可行性，本研究向鸡胸肉肌原纤维蛋白中添加适量的原花色素，通过流变学、红外与拉曼检测、低场核磁和质构分析等方法，分析原花色素对凝胶形成时与随时间的变化的影响。结果表明：1)当原花色素添加量为0.05～0.20 g/kg时，蛋白凝胶有更好的保水性，并可更长时间保存更多的不易流动水和自由水；2)原花色素的添加提高了凝胶β折叠的浓度，使得凝胶具有更加稳定的二级结构；3)原花色素的添加提高了凝胶的粘弹性，使得凝胶具有紧实的质感，更大的密度和更致密的孔径；4)原花色素的添加提高了凝胶整体的抗氧化水平，使得凝胶在长时间存放中具有更稳定的生物学特性。综上，原花色素的添加可以有效提高肌原纤维蛋白的生物稳定性，在储存时可更好的保护其生物活性，可对未来的食品添加剂提供新思路。

【目的】探究马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Ni~(2+)的吸附性能,阐明马尾松树皮和纳米木质纤维素气凝胶吸附重金属离子的相关机理,以更好地利用农林废弃物马尾松树皮制备出成本低廉、便于产业化的生物质吸附材料,为其大规模应用奠定理论基础。【方法】将抽提后的马尾松树皮绝干样品在80℃水浴加热搅拌条件下使用对甲苯磺酸溶液处理1 h,反应结束后趁热过滤并透析滤渣。滤渣样品通过微射流均质机20次,得到马尾松树皮纳米木质纤维素。固含量2%的马尾松树皮纳米木质纤维素样品-20℃冷冻120 min后进行冷冻干燥,得到马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶。研究马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)、Ni~(2+)的最大吸附容量(q_e)以及其等温吸附特性、吸附热力学特性和吸附动力学特性。【结果】马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附剂对Cr~(3+)、Cu~(2+)、Pb~(2+)和Ni~(2+)的最大吸附容量(q_e)分别为132.7、130.4、186.7和123.4 mg·g~(-1)。马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)符合Temkin等温吸附(R~2=0.990 1),且为不均匀的单层吸附。吸附热力学特性研究表明,马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)的过程符合热力学规律,R~2=0.992 9,且为非自发复合吸附过程,升高温度对吸附过程的促进作用与放热反应对吸附过程的抑制作用甚至会出现相互抵消的情况。马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶吸附Cr~(3+)符合准二级动力学模型(R~2=0.991 0),其吸附Cr~(3+)的速率主要受化学作用而非物质传输步骤影响,特别是二者之间电子的化学分享或共价键交换等过程。【结论】基于廉价的生物质———马尾松树皮制备的马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶可作为重金属离子的有效吸附剂,表现出较为理想的吸附容量,静态吸附涉及的条件较为简单,具有一定的可试验推广性,马尾松树皮基吸附剂的开发也可推动廉价生物质的资源化利用。马尾松树皮和纳米木质纤维素气凝胶2种吸附剂的吸附性能稳定可靠,有望通过优化工艺提升性能;但是需要基于大规模甚至中试规模试验才能检验其有效性,进而指导工艺优化,得到性能更加出色的马尾松树皮纳米木质纤维素气凝胶作为重金属离子吸附剂。

【目的】探讨pH对猪肉肌原纤维蛋白热诱导凝胶保水性及水的移动性影响。【方法】从猪肉中提取肌原纤维蛋白,用低场NMR(nuclear magnetic resonance)研究pH对肌原纤维蛋白热诱导凝胶中水的T2弛豫性质的影响。同时用离心法测量pH对肌原纤维蛋白凝胶保水性(water holding capacity,WHC)影响。【结果】NMR结果拟合后得到水有4个组分,合并为对应水的3种状态即不可移动水、可移动水和自由水。随着pH升高,pH偏离肌原纤维蛋白的等电点(pI),代表可移动水的T2弛豫时间显著增加,其所占峰的面积和凝胶的WHC也随之增加。主成分分析结果发现,处于等电点附近的样品在...