基于三元低共熔溶剂调控木质素分子结构的高性能纳米颗粒制备与构效关系研究

推荐：本研究针对木质素纳米颗粒(LNPs)因分子结构不均一导致应用受限的问题，通过胆碱氯化物/5-磺基水杨酸/γ-戊内酯三元低共熔溶剂(DES)预处理调控木质素结构，成功制备出粒径32 nm、稳定性达90天的LNPs，揭示了分子量(Mw)与酚羟基含量对纳米效应的调控机制，为木质素高值化利用提供理论支撑。

　　

木质素作为植物细胞壁的天然高分子，因其苯环结构和丰富酚羟基展现出优异的紫外线吸收、抗氧化等特性，在粘合剂、药物递送等领域潜力巨大。然而，传统分离方法导致活性基团损失，木质素与基质的相容性差，利用率不足2%。更棘手的是，木质素分子结构的复杂异质性严重制约其纳米化应用——现有木质素纳米颗粒(LNPs)制备工艺存在有机溶剂污染、粒径不均等问题，而木质素分子结构与LNPs性能的构效关系尚不明确。

针对这一系列挑战，广西大学的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表创新成果。他们采用胆碱氯化物(ChCl)/5-磺基水杨酸(5Saa)/γ-戊内酯(GVL)三元低共熔溶剂(DES)体系，通过温度调控(85-125°C)分离出分子量仅1565-1632 g/mol、多分散指数(PDI)低至1.55的均质化木质素，并首次系统阐明了木质素结构参数与LNPs性能的定量关系。

研究团队运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、凝胶渗透色谱(GPC)和二维核磁共振(2D HSQC NMR)解析木质素结构；通过无有机溶剂自组装法构建LNPs，结合透射电镜(TEM)和zeta电位分析表征纳米颗粒形貌；采用旋转流变仪测定剪切粘度等流变特性。

分子结构调控方面，85°C处理的DES I-L保留最完整β-O-4键(占连接键56%)和酚羟基(1.636 mmol/g)，而125°C处理的DES III-L因高温缩合使羧基含量提升87%。纳米颗粒性能显示，DES II-LNPs(105°C处理)兼具最小粒径(32 nm)和最优稳定性(90天无絮凝)，其zeta电位在pH=8时达-58 mV。流变学分析表明DES-LNPs具有高零剪切粘度(10² Pa·s)和低屈服应力(<7 Pa)，显著优于商业硫酸盐木质素(SKL)制备的LNPs(粒径83 nm)。

机制研究表明，适度酚羟基含量(1.261 mmol/g)与较低分子量(1611 g/mol)的协同作用，既能通过π-π堆积形成稳定核壳结构，又可避免过度交联导致的粒径增大。该研究不仅建立了DES预处理温度-木质素结构-LNPs性能的定量关系，更开发出环境友好的纳米制备工艺，为木质素在缓释药物、功能涂层等高端领域的应用奠定基础。

这项工作的突破性在于：首次揭示GVL抑制木质素缩合的分子机制，证实5Saa引入的磺酸基可增强纳米颗粒表面电荷密度；提出的"温度梯度调控法"实现了木质素分子量的精准裁剪。这些发现为生物质资源的精准转化提供了新范式，推动木质素从工业副产物向功能性纳米材料的跨越式发展。