综述：智能响应型壳聚糖基材料在精准降解控制与环境修复中的应用

（编辑推荐）本综述系统总结了智能响应型壳聚糖基材料（SRCMs）在环境修复领域的突破性进展，涵盖pH/温度/光/酶/氧化还原（redox）多刺激响应分子设计、触发解聚（triggered depolymerization）与级联矿化（cascade mineralization）等新型降解机制，及其在污染物吸附、重金属固定化与智能包装中的多功能应用，为碳中和与循环经济提供创新策略。

　　

智能响应型壳聚糖基材料：从分子设计到环境修复革命

Abstract
智能响应型壳聚糖基材料（SRCMs）凭借多刺激响应性、生物可降解性和环境兼容性，成为可持续环境修复的新兴候选者。通过整合pH敏感羧酸基团、温敏聚合物、光响应偶氮苯、酶底物序列和氧化还原基团，SRCMs实现了复杂环境中的精准调控，推动环境材料从“静态功能”向“智能系统”进化。

Introduction
环境污染物如微塑料和重金属的持续释放威胁生态安全，而传统可降解材料需数十年才能分解。天然壳聚糖虽具改性潜力，但其降解受pH和溶菌酶等酶活性制约，且海洋微生物群落变化可能导致二次污染。SRCMs通过动态修饰响应基团，赋予材料“按需”降解能力，为环境修复提供高效解决方案。

Chitosan degradation mechanism
壳聚糖作为甲壳动物外骨骼脱乙酰化产物，其分子由N-乙酰葡糖胺（GlcNAc）和葡糖胺（GlcN）单元构成，富含氨基和羟基。传统壳聚糖依赖被动水解或酶解，降解速率不可控，而SRCMs通过引入刺激响应基团突破这一局限。

Molecular design mechanisms of SRCMs
通过分子设计，壳聚糖可整合pH敏感基团（如羧酸）、温敏聚合物（如聚N-异丙基丙烯酰胺）、光响应偶氮苯、酶切序列（如溶菌酶底物）和氧化还原基团（如二硫键），形成多模态响应网络。例如，pH响应材料在酸性环境中质子化氨基，加速聚合物链解离；光响应材料通过偶氮苯异构化触发降解。

Multimodal control of innovative degradation mechanisms
SRCMs的创新降解路径包括：

1. 触发解聚：外界刺激激活潜伏性催化剂，引发聚合物主链断裂；
2. 级联矿化：材料降解后释放的金属离子与污染物形成稳定矿物相，如重金属通过磷酸盐矿化固定为Pb₅
   (PO₄
   )₃
   OH。

Advanced technologies and future trends
人工智能驱动逆向设计可优化SRCMs分子构型，而原位监测-修复集成系统能实时追踪材料降解与污染物清除效率。在碳中和背景下，SRCMs的碳封存潜力（如壳聚糖矿化固定CO₂
）和循环经济价值（如智能包装的闭环回收）尤为突出。

Status of research
SRCMs已成功应用于废水处理（去除Cu²⁺
、抗生素）、土壤修复（Cd²⁺
固定）及微塑料替代。壳聚糖-纳米复合材料对污染物吸附容量达400 mg/g，且光响应材料在UV照射下24小时内降解率超90%。

CRediT authorship contribution statement
张孝亮（论文撰写）、吴思佳（概念设计）、刘然（数据分析）、姜浩然（形式分析）、景书波（实验研究）、庄红（文稿审阅）共同完成本工作，吉林省科技发展计划项目（20240303053NC）提供支持。