溶剂依赖性纤维素纳米纤维相互作用的粗粒化分子动力学模拟研究

纤维素纳米纤维(CNFs)在生物燃料和生物材料领域具有重要应用价值，但制备过程中易发生不可逆聚集。研究人员通过粗粒化分子动力学(CG-MD)模拟，探究了CNFs在NaOH-尿素-水、丙酮和纯水三种溶剂中的相互作用机制，发现尿素和离子能有效抑制纤维聚集，为生物能源和生物材料领域的高性能溶剂筛选提供了快速可靠的方法。

　　

纤维素间的相互作用在生物燃料生产和生物材料应用中至关重要。纤维素纳米纤维(CNFs)作为可持续、高强度、轻量化的传统材料替代品，却因制备过程中纤维不可逆聚集而难以获取。通过粗粒化分子动力学(CG-MD)模拟结合MARTINI力场，研究人员成功突破了传统全原子分子动力学在时空尺度上的局限，系统研究了CNFs在NaOH-尿素-水、丙酮和纯水三种溶剂中的相互作用行为。

模拟结果与前期全原子MD及实验数据高度吻合：丙酮作为溶剂效果欠佳，而NaOH-尿素-水体系中的尿素和带电基团不仅能有效溶剂化纤维，还能通过延长溶剂分子停留时间和降低均方位移，显著增强水分子在纤维周围的限域效应。无论是疏水还是亲水表面相互作用，该溶剂体系均能有效抑制多CNF系统的聚集倾向。这项研究不仅为理解CNF-溶剂体系的聚集行为和流变特性提供了新视角，更为生物能源与生物材料研究中高性能溶剂的快速筛选开辟了新途径。