基于Diels–Alder反应的动态壳聚糖-蓖麻油网络：分子设计、热响应功能与抗菌性能的协同研究

本推荐语聚焦于利用可再生资源开发生物基聚合物材料的重要进展。研究通过Diels–Alder（DA）反应将呋喃功能化壳聚糖（CS）与马来酰亚胺修饰蓖麻油（CO）交联，构建热可逆网络。成果显示材料具有显著热稳定性提升（热分解起始温度从46°C增至79–131°C）、可逆 retro-DA（rDA）行为（103–115°C）及优异抗菌活性（达100%），为可再生自修复材料（如生物医学涂层或包装）提供了新策略。

　　

Highlight

本研究首次通过Diels–Alder（DA）化学将可再生壳聚糖（CS）与蓖麻油（CO）衍生物结合，构建了完全生物基的热可逆交联网络。呋喃功能化CS与马来酰亚胺修饰CO通过[4+2]环加成反应形成动态共价键，实现了材料的热响应自修复与循环利用潜力。

Materials

呋喃甲醛（Furan-2-carbaldehyde）、乙酸（AcOH）、醋酸钠（NaAc）、亚硝酸钠（NaNO₂）、硼氢化钠（NaBH₄）、氢氧化钠（NaOH）、氨水（NH₄OH）、二甲基亚砜（DMSO）、乙醇、二月桂酸二丁基锡、蓖麻油酸甲酯（MR）及蓖麻油（CO）均购自Sigma公司，直接使用未纯化。壳聚糖（CS）脱乙酰度（DD）约80%（通过¹H NMR测定），购自Sigma Aldrich。

Results and discussion

本研究旨在开发具有热修复特性的生物基交联网络。选择CS与CO作为主要原料，因其可持续性、生物降解性与可再生性。通过Diels–Alder（DA）反应引入热可逆性：呋喃（方案1蓝色部分）作为二烯体，马来酰亚胺（方案1红色部分）作为亲二烯体，成功构建动态共价网络。

Conclusions

基于可再生资源CS与CO的新型生物基交联网络成功合成。通过化学修饰与DA环加成反应，材料展现出优于未改性CS的热稳定性与更低吸水性。热可逆性通过差示扫描量热法（DSC）多次循环验证，证实其适用于可回收与自修复系统。此外，材料具备显著抗菌活性（最高100%），且随取代度（DS）增加而增强，为生物医学涂层与包装领域提供了可持续解决方案。