基于Acridon-2-yl-alanine修饰的蓝色荧光纤维素纳米纤维的构建及其在Pickering乳液界面可视化中的应用研究

本研究针对传统荧光纤维素纳米纤维(CNFs)疏水性增强导致水分散性下降的问题，通过将亲水性荧光氨基酸acridon-2-yl-alanine(Acd)共价接枝到TEMPO氧化CNF(TOCNF)上，成功开发出具有优异水分散性的蓝色荧光Acd-CNF(424-447 nm)。该材料不仅保持TOCNF的流变特性，其粘度提升10倍且凝胶转变点降低至105.9%，更通过FRET效应实现油水Pickering乳液界面的荧光可视化，为生物聚合物荧光标记提供了新策略。

　　

在生物材料领域，纤维素纳米纤维(CNF)因其源自植物细胞壁的环保特性、独特的触变性和Pickering乳化稳定性备受关注。然而，现有荧光CNF主要通过疏水性荧光团(如咔唑、芘丁酸)在有机溶剂中修饰，导致材料水分散性下降，严重限制其在含水环境的应用。更棘手的是，传统荧光染料(如Calcofluor White)存在非特异性吸附、易解离等问题，难以实现CNF的稳定标记和长期观测。如何开发兼具优异水分散性和荧光性能的CNF，成为突破该领域技术瓶颈的关键。

针对这一挑战，日本的研究团队创新性地将非天然荧光氨基酸acridon-2-yl-alanine(Acd)引入TEMPO氧化CNF(TOCNF)。Acd作为平面刚性结构的蓝色荧光团(量子产率Φ=0.95)，具有分子体积小(222 ?3)、亲水性强的特点，此前已成功用于蛋白质构象变化的FRET监测。研究人员假设：通过共价接枝Acd，既能保留TOCNF的固有特性，又可赋予其稳定的蓝色荧光，为CNF的微观成像和乳液界面研究提供新工具。

研究采用EDC/NHS活化TOCNF的羧基，与Acd的氨基形成酰胺键。通过UV-Vis、¹³C CP-MAS NMR和FTIR证实Acd成功接枝(接枝率2.32×10^-5 M)，结晶度从45.2%降至39.1%。SEM显示纤维形态保持完整，水分散液在365 nm激发下呈现424/447 nm双峰发射。流变学测试揭示Acd-CNF粘度达0.55 Pa·s(较TOCNF提高10倍)，凝胶转变点从174.1%降至105.9%，归因于Acd增强的水合作用和氢键网络。

在Pickering乳液应用中，CLSM证实Acd-CNF能特异性定位于油/水界面，通过FRET将能量传递给尼罗红标记的十二烷，实现界面荧光可视化。相比传统染料，共价修饰的Acd-CNF避免了染料解离，其紧凑结构和高量子产率确保了成像稳定性。该成果发表于《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》，为生物聚合物的荧光功能化提供了新范式。

关键技术包括：1) EDC/NHS介导的Acd与TOCNF共价偶联；2) UV-Vis和¹³C CP-MAS NMR表征化学结构；3) 流变仪分析粘度与储能模量；4) CLSM结合FRET技术观测乳液界面。实验采用废弃啤酒花茎秆提取的TOCNF(羧基含量0.64 mmol/g)为原料。

主要研究结果：
3.1 蓝色荧光纤维素纳米纤维的表征
通过NMR观察到羧基碳峰从176.1 ppm移至172.2 ppm，FTIR显示酰胺键形成(1642 cm^-1)和Acd芳环振动(1427 cm^-1)。荧光光谱显示12 nm红移，归因于溶剂效应和共价连接。

3.2 Acd-CNF的流变学特性
剪切速率10.3 s^-1时粘度达0.55 Pa·s，储能模量(G′)提升10倍。凝胶转变点降低表明材料更易在剪切下溶胶化，适合喷涂应用。

3.3 Acd-CNF稳定的Pickering乳液荧光成像
CLSM显示Acd-CNF特异性吸附于乳液界面，FRET使界面尼罗红荧光强度显著高于体相。相比物理吸附染料，共价修饰解决了染料渗漏问题。

该研究开创性地将蛋白质荧光标记策略拓展至纳米纤维素领域，开发的Acd-CNF兼具荧光性能与水分散性，其界面可视化能力为乳液稳定机制研究提供新工具。流变学特性的精准调控，更拓展了材料在3D打印、药物递送等领域的应用潜力。未来通过优化Acd接枝率，有望进一步发展多功能荧光生物材料平台。