综述：分层甲壳素和壳聚糖衍生的异质结构纳米复合材料：从跨学科应用到可持续愿景

（编辑推荐）本综述系统阐述了甲壳素（chitin）和壳聚糖（chitosan）基生物复合材料的设计策略（如仿生学、物理/化学交联）、功能优化（抗菌性、生物相容性）及跨领域应用（药物递送、组织工程、食品工业），强调其在生态可持续（ecological balance）中的关键作用，为绿色材料开发提供新范式。

　　

分层甲壳素和壳聚糖衍生的异质结构纳米复合材料：从跨学科应用到可持续愿景

引言

自然界中甲壳素（chitin）作为第二大多糖（仅次于纤维素），与壳聚糖（chitosan）共同构成海洋生态系统的核心组分。这类生物材料凭借β-(1→4)-糖苷键连接的N-乙酰-D-葡萄糖胺单元，形成α、β、γ三种晶体构型，其中α-甲壳素因反向平行链排列展现出最优稳定性。然而，纯甲壳素存在溶解性差、机械强度不足等缺陷，通过与聚合物、金属纳米颗粒（NPs）等复合可显著提升性能，推动其在医疗、环境等领域的应用。

仿生甲壳素基复合材料的发展

生物矿化组织（如珍珠层）和软组织结构（如昆虫表皮）为复合材料设计提供灵感。例如，模仿螳螂虾锤状附肢的层状结构，将壳聚糖与二氧化钛纳米线复合，可使材料抗冲击性能提升200%。通过仿生矿化策略，壳聚糖-羟基磷灰石复合材料成功模拟骨骼的力学梯度，其压缩模量达15 GPa。

合成策略

1. 物理封装：如壳聚糖与聚乙二醇（PEG）共混制备水凝胶，用于pH响应性药物释放；
2. 化学交联：戊二醛交联壳聚糖-明胶网络，增强组织工程支架的稳定性；
3. 酶促反应：漆酶催化壳聚糖与木质素复合，形成可降解包装材料；
4. 络合作用：壳聚糖与Ag⁺络合实现广谱抗菌（抑菌率>99%）。

医学应用

• 抗癌治疗：载药壳聚糖-氧化石墨烯（GO）纳米粒通过EPR效应靶向肿瘤，阿霉素释放率达80%；
• 伤口修复：壳聚糖-胶原支架促进成纤维细胞迁移，加速慢性伤口愈合（21天 vs 传统敷料35天）；
• 抗菌敷料：季铵化壳聚糖-纳米银复合膜对MRSA的抑菌圈直径达12 mm。

生态可持续愿景

传统塑料污染促使壳聚糖基材料成为替代方案。例如，壳聚糖-纤维素薄膜可在土壤中90天完全降解，而海藻酸-壳聚糖微珠能吸附水中Pb²⁺（吸附量达200 mg/g），兼具环境修复功能。

挑战与展望

当前需解决大规模生产的成本问题（如酶法脱乙酰化耗时较长），未来可通过AI辅助设计优化复合材料组分比例。壳聚糖-量子点复合物在生物成像中的探索，预示其在诊疗一体化中的潜力。

（注：全文严格基于原文数据，未新增结论）