近日，由武汉轻工大学食品学院丁贝贝博士与湖北大学尤俊副教授、张群朝教授合作以“Pseudosolvent Intercalator of Chitin: Self-Exfoliating into Sub-1 nm Thick Nanofibrils for Multifunctional Chitinous Materials”为题，在材料领域顶级期刊AdvancedMaterials（Adv. Mater.2021, 2007596，IF2020=27.398）上发表最新研究成果，报道了一种高效、低能耗、表面性质可调控的甲壳素纳米纤维自剥离技术，有望推动食品废弃资源虾/蟹壳的产业化应用和湖北水产业食品产业链的创新发展。该项研究工作得到了农产品加工与转化湖北省重点实验室开放课题资助。
“准溶剂”介导甲壳素纳米纤维的自剥离
据了解，我国每年食用后废弃的蟹、虾壳约有数十万吨，这不仅是资源的严重浪费，也造成了生活环境的沉重负担。虾蟹壳中甲壳素含量高达40%，甲壳素纳米纤维是从甲壳素中提取的一维纳米材料，具有生物相容、高结晶度（70~85%）、耐溶剂（溶度参数高达41 （J/cm3）0.5）、低热膨胀系数（10 ppm/K）、可生物降解以及高比表面积等诸多优异性质，在食品医药、柔性显示以及储能等前沿领域具有广阔的应用前景。然而，高度有序的多层次结构以及强内聚力（氢键、范德华力）使紧密堆积的甲壳素纳米纤维难以被剥离。迄今，液相提取甲壳素纳米纤维的方法均需要高能耗的强机械后处理（如高压均质、球磨、细胞破碎等），才能实现纳米纤维的液相剥离，成本仍然较高，难以满足工业化生产要求。
为了攻克高能耗技术瓶颈，本文作者首先设计并定义了甲壳素的“准溶剂”（DMSO/KOH）。“准溶剂”可选择性破坏甲壳素纳米纤维间的强相互作用，削弱内聚力，在避免分子级溶解的前提下促使紧密堆积的纳米纤维部分预解离，从而实现甲壳素纳米纤维的液相自剥离。该方法无需使用任何强机械处理设备，不仅可从虾蟹壳中提取长度可调、产率接近100%的超细纳米纤维，鱿鱼骨和笔管同样适用。与其他方法相比，本报道技术在产率、长径比、能耗、产能以及结构调控等方面皆具有显著优势，这些纳米纤维可进一步组装成具有优异力学性能的纳米纸、水凝胶以及气凝胶等材料，在食品包装、电子以及能源等领域具有广泛的潜在应用。
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