保留天然纤维素-木聚糖结构可实现对全纤维素纳米纤丝的结构-性能调控及高性能可持续材料制备

内容形式：摘要译文

纤维素微纤丝的层级组织及其与木聚糖等半纤维素的紧密相互作用，是植物细胞壁卓越力学性能的基础。然而，要将这些生物设计原理转化为可持续的纳米纤维素材料，仍受限于传统的纤维素纳米纤丝制备方法；这类方法依赖严苛的化学处理，会破坏天然的纤维素—半纤维素结构。本研究提出了一种优化的全纤维素纳米纤丝（hCNF）分离策略，可保留天然纤维素结构、木聚糖的取代基与构象，以及纤维素—木聚糖相互作用。我们以野生型拟南芥、木聚糖葡萄糖醛酸化缺陷型 gux1/2 突变体和甘蓝型油菜秸秆为模型体系，系统阐明木聚糖含量及其取代模式如何影响纳米纤丝分离、界面相互作用和宏观性能。二维 ¹³C 魔角旋转核磁共振表明，天然纤维素葡糖基环境得以保留，同时存在二重和三重螺旋构象的木聚糖，以及与纤维素结合的二重螺旋木聚糖。冷冻透射电子显微镜显示，纤丝宽度约为 3 nm，与纤维素 Iβ 基本微纤丝相符。我们发现，木聚糖葡萄糖醛酸化调控胶体稳定性、水合行为和纤丝间内聚力，而木聚糖含量则控制纳米纤丝化效率。这些多尺度结构特征直接影响材料的水分吸附、热行为和力学性能。值得注意的是，甘蓝型油菜 hCNF 薄膜具有优异的强度和延展性，性能超过许多经化学改性的 CNF 体系。本研究表明，保留原文的⟦原文在此处截断：the⟧

天然纤维素-半纤维素结构使高性能、可持续的纳米纤维素材料无需化学重构即可制备

关键词：全纤维素纳米纤丝 · 纤维素-木聚糖相互作用 · 植物细胞壁 · 纳米纤维素材料 · 结构-性能关系

原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.07.730583v1?rss=1