壳聚糖（CTS）作为一种天然阳离子多糖，具有良好的生物相容性、抗菌性与可降解性，但其机械强度低、结晶度高，且加工使用依赖酸性环境，制约了实际应用。因此，研究转向结构相似的氨基纤维素纳米纤维（A-CNF），以结合纤维素优异的力学性能与壳聚糖的生物活性。然而，A-CNF的合成仍面临氨基含量有限、工艺复杂与可持续性等挑战。本研究通过分子工程方法突破了传统合成在功能化程度、产率及环境影响方面的瓶颈，显著推进了纳米纤维素材料的实际应用。A-CNF不仅是纤维素的升级，更融合了可再生原料、绿色合成、优异力学性能与多功能生物活性，为下一代医疗器械与再生治疗提供了创新材料基础。

图1. 纤维素向A-CNF的转化过程。

  近期，东北林业大学于海鹏教授团队联合美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授，在前期实现羧基化纤维素纳米纤维低成本、规模化、可持续制备的基础上（Nat. Sustain. 7, 315–325 (2024)），开发出一种绿色、经济且可扩展的新方法，可将可持续纤维素高效转化为高长径比（~2200）、高氨基含量（6.5 mmol/g）与高收率（96.9%）的A-CNF。生命周期评估与技术经济分析共同表明，该合成路线兼具绿色性与可扩展潜力。

  所得A-CNF兼具CTS的生物功能性与纤维素的机械及热稳定性，有效解决了可持续生物材料中机械强度与生物功能难以兼顾的长期难题，并成功构建出适用于组织工程的高性能支架，为先进生物医学应用开辟了新路径。该类支架具备高孔隙率、优异的内部连通性、生物稳定性和抗菌性能，仅通过调节A-CNF固含量即可灵活调控其孔径与力学性能，以满足不同细胞微环境的需求。研究还采用交叉验证策略，基于三种互补的细胞器模型，通过精确匹配支架孔径与细胞尺寸，系统评估了A-CNF支架在分化细胞、肿瘤细胞及原代细胞等多种范例下的生物学性能。与CTS支架的比较分析进一步凸显了A-CNF在生物医学领域的显著优势及其变革潜力。

  相关成果以“Sustainable synthesis of amino-cellulose nanofibers for biomaterial platforms”为题发表在《Science Advances》上，文章第一作者是史晓超，张箭为共同第一作者。

图2. A-CNF的形态学与理化性质分析。

图3. A-CNF的光谱分析。

图4. A-CNF支架的可定制特性。

图5. A-CNF支架的生物学特性。

  原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adx4556