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为模拟天然纤维中纳米 / 微纤丝各向异性排列赋予的强度，研究人员对壳聚糖表面修饰的甲壳素纳米晶须（CTWK-CS）悬浮液的浓度诱导胆甾型液晶相（CLC）开展研究。通过湿纺工艺制得各向异性微纤维，证实 CLC 结构部分保留，纤维韧性可通过后拉伸调节，氢键对结构完整性至关重要。该研究为有序微纤维制备提供新路径。
在材料科学与生物医学交叉领域，天然纤维的优异力学性能一直是研究者关注的焦点。其核心奥秘在于纳米 / 微纤丝的各向异性排列，这种独特的结构赋予纤维高强度与稳定性。然而，如何在人工合成体系中复现这种精密的有序结构，一直是制约仿生高性能材料发展的关键瓶颈。传统的纤维制备方法往往难以精准调控纳米级组分的取向，导致人工纤维在力学性能与结构有序性上与天然纤维存在显著差距。因此，开发一种能够诱导纳米材料自发形成有序结构的新方法，成为突破这一难题的重要方向。
为攻克上述挑战，研究人员聚焦于甲壳素纳米晶须这一天然纳米材料，开展了一项极具创新性的研究。甲壳素是自然界广泛存在的多糖类物质，其纳米晶须（Chitin Nanowhiskers）具有优异的力学性能与生物相容性。研究团队通过壳聚糖（Chitosan）对甲壳素纳米晶须表面进行修饰，获得 CTWK-CS 悬浮液体系，并发现该体系在特定浓度下可形成胆甾型液晶相（Cholesteric Liquid Crystalline Phase, CLC）。这项研究以探索 CLC 相在纤维制备中的应用为核心，旨在通过液晶相的自组织特性实现纳米晶须的有序排列，进而通过湿纺工艺制备具有各向异性结构的微纤维。研究成果发表在《Biomacromolecules》，为仿生纤维材料的设计提供了全新思路。
研究人员主要采用以下关键技术方法开展工作：首先通过表面修饰技术将壳聚糖接枝到甲壳素纳米晶须表面，制备 CTWK-CS 悬浮液；然后通过偏光显微镜观察体系的双折射现象，确认 CLC 相的形成；接着利用湿纺工艺将液晶相悬浮液纺制成微纤维，并通过透射电子显微镜（TEM）观察纤维横截面的微观结构；最后通过力学性能测试（如纤维拉伸实验）与化学溶解实验（如乙酸溶解），分析纤维的力学性能与结构稳定性来源。
1. 胆甾型液晶相的形成与表征
研究发现，CTWK-CS 悬浮液在特定浓度范围内会自发形成 CLC 相。偏光显微镜下观察到特征性的双折射颜色，表明体系中存在有序的螺旋排列结构。这种液晶相的形成源于甲壳素纳米晶须表面壳聚糖分子间的氢键作用与静电相互作用，促使纳米晶须有序排列成螺旋状结构。
2. 湿纺工艺制备各向异性微纤维
基于 CLC 相的有序结构，研究人员通过湿纺工艺将悬浮液纺制成微纤维。尽管纺丝过程中的剪切力可能对 CLC 结构造成一定扰动，但透射电子显微镜观察显示，微纤维横截面中仍保留部分有序的纳米晶须排列，证实 CLC 结构的部分保留。这一结果表明，液晶相的预组织作用能够有效引导纳米晶须在纺丝过程中形成取向结构。
3. 纤维力学性能的调控与机制
纤维的拉伸实验表明，通过后拉伸处理可显著调节纤维的韧性（Tenacity）。未拉伸纤维的断裂强度较低，而经过适当拉伸后，纤维内部纳米晶须的取向度提高，力学性能显著提升。乙酸溶解实验显示，纤维的结构完整性主要依赖于分子间与分子内的氢键作用，氢键网络的形成有效增强了纤维的力学稳定性。
4. 结构完整性的化学基础
进一步的化学分析表明，壳聚糖修饰的甲壳素纳米晶须之间通过氢键形成强相互作用网络。这种网络结构不仅在液晶相形成过程中起到关键作用，还在纤维固化后维持其结构稳定性。当纤维浸入乙酸溶液时，氢键被破坏，纤维逐渐溶解，证实了氢键对结构完整性的决定性作用。
研究结论与讨论
本研究成功构建了甲壳素纳米晶须 - 壳聚糖体系的胆甾型液晶相，并通过湿纺工艺制备出具有各向异性结构的微纤维。研究结果表明，CLC 相的预组织作用是实现纳米晶须有序排列的关键，而壳聚糖修饰引入的氢键作用则是维持纤维结构完整性的核心机制。通过后拉伸工艺调控纤维韧性的方法，为高性能纤维的定制化制备提供了灵活策略。
这项工作的重要意义在于，首次将天然多糖基液晶相体系引入纤维制备领域，为仿生高性能材料的开发提供了新范式。其创新性在于利用液晶相的自组织特性解决纳米材料取向调控难题，避免了传统方法中复杂的外力诱导取向过程。此外，基于甲壳素与壳聚糖的生物相容性，该纤维材料在生物医学领域（如可降解缝合线、组织工程支架）具有广阔应用前景。研究成果不仅深化了对天然多糖基液晶相行为的理解，也为 “绿色” 高性能材料的设计提供了理论与技术支撑，有望推动生物基材料在高端制造领域的革新。
