辛胺改性纤维素纳米纤维基气凝胶用于调控释放行为

《Chemical and Biological Technologies in Agriculture》：Octylamine-modified cellulose nanofibers-based aerogels to modulate release behavior

　　

摘要

背景

源自木质纤维素生物质的纤维素纳米纤维（CNF）由于其可再生性和可调的表面化学性质，是可持续控释系统的有前景材料。然而，其固有的亲水性限制了它们与疏水化合物的相互作用。本研究旨在通过辛胺介导的酰胺化将两亲性引入 TEMPO 氧化的 CNF 中，从而克服这一局限性，实现气凝胶基递送系统中表面特性和释放行为的调控。

结果

来自小麦秸秆生物精炼厂的 CNF 成功实现了功能化，光谱分析证实改性度约为 29%。酰胺键的形成和烷基链的引入在保持结晶结构的同时，提高了热稳定性并降低了表面电荷。修饰前后气凝胶均表现出高孔隙率（>98%）；然而，功能化导致孔隙结构更精细，孔径分布更小。改性后亲水性降低，表现为溶胀能力降低和接触角增加。释放研究作为功能证明进行了开展，以显示释放行为的差异。当 CNF 被功能化时，亲水分子（四环素）的释放较慢，而疏水化合物（姜黄素）表现出明显不同的行为，辛胺修饰的气凝胶释放更快，突出了分子亲和力和基质相互作用的作用。

结论

这些结果表明，辛胺介导的功能化是一种有效的策略，可在保持完整性的同时定制基于 CNF 的气凝胶的表面化学和结构。结果突出了分子水平相互作用在控制释放行为中的重要性，特别是对于疏水化合物。这些发现为设计具有可调性能的可持续生物基控释系统提供了基础。此外，该方法支持农业废弃物的增值利用，并在农药递送和环境响应技术方面具有应用潜力。

图形摘要

背景

源自木质纤维素生物质的纤维素纳米纤维（CNF）由于其可再生性和可调的表面化学性质，是可持续控释系统的有前景材料。然而，其固有的亲水性限制了它们与疏水化合物的相互作用。本研究旨在通过辛胺介导的酰胺化将两亲性引入 TEMPO 氧化的 CNF 中，从而克服这一局限性，实现气凝胶基递送系统中表面特性和释放行为的调控。

结果

来自小麦秸秆生物精炼厂的 CNF 成功实现了功能化，光谱分析证实改性度约为 29%。酰胺键的形成和烷基链的引入在保持结晶结构的同时，提高了热稳定性并降低了表面电荷。修饰前后气凝胶均表现出高孔隙率（>98%）；然而，功能化导致孔隙结构更精细，孔径分布更小。改性后亲水性降低，表现为溶胀能力降低和接触角增加。释放研究作为功能证明进行了开展，以显示释放行为的差异。当 CNF 被功能化时，亲水分子（四环素）的释放较慢，而疏水化合物（姜黄素）表现出明显不同的行为，辛胺修饰的气凝胶释放更快，突出了分子亲和力和基质相互作用的作用。

结论

这些结果表明，辛胺介导的功能化是一种有效的策略，可在保持完整性的同时定制基于 CNF 的气凝胶的表面化学和结构。结果突出了分子水平相互作用在控制释放行为中的重要性，特别是对于疏水化合物。这些发现为设计具有可调性能的可持续生物基控释系统提供了基础。此外，该方法支持农业废弃物的增值利用，并在农药递送和环境响应技术方面具有应用潜力。

图形摘要