Canna indica茎纤维的生物功能与热机械性能及其可持续复合材料应用研究

《Journal of Natural Fibers》：Biofunctional and Thermo-Mechanical Performance of Canna indica Stem Fibers for Sustainable Composite Applications

　　

可持续和多功能生物材料需求的日益增长，加速了对未充分利用植物资源在先进工程和生物医学应用中的探索。研究人员对从Canna indica茎中提取的天然纤维进行了全面表征，以评估其结构、热机械、抗菌和抗生物膜性能，用于可持续复合材料应用。扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy，SEM）揭示了纵向排列的纤维束，具有适度的表面粗糙度和沟槽，为与聚合物基体的机械互锁提供了有利特性。拉伸测试表明其强度为147.32 MPa，断裂应变为0.012，显示出木质纤维素增强纤维典型的足够承载能力。热重分析（Thermogravimetric Analysis，TGA）显示三阶段降解曲线，半纤维素和纤维素的主要分解发生在220–380°C之间，随后是木质素的逐渐降解，并在500°C时留下8–10%的热稳定碳质残渣，证实了其适用于中温复合材料加工。该纤维表现出显著的抗菌活性，在50和100 μg下分别产生19±1.2 mm和22±1.0 mm的抑菌圈，而链霉素为26±0.8 mm。共聚焦激光扫描显微镜（Confocal Laser Scanning Microscopy，CLSM）进一步证明，经纤维处理后，生物膜被显著破坏，细菌活力降低，细胞膜出现广泛损伤。

Canna indica茎纤维可持续复合材料的生物功能与热机械性能研究解读

随着可持续和多功能生物材料需求的日益增长，纤维增强材料在先进工程与生物医学领域受到广泛关注。合成纤维虽具有优异力学性能，但缺乏生物亲和力且不可降解；天然纤维凭借其生物相容性、生物降解性、低密度和天然生物活性，成为更具吸引力的增强选项。然而，大量未充分利用的植物纤维尚未被系统认知。Canna indica（美人蕉）茎纤维含有较高纤维素（60–70%）、半纤维素（15–20%）和木质素（10–15%），密度低、长径比适中，具备作为生物复合增强体的潜力。但已有研究多集中于黄麻、剑麻、大麻、亚麻和竹子等常规纤维的提取与基本表征，针对Canna indica茎纤维的结构、热机械性能与抗菌/抗生物膜功能之间关联性的综合研究仍然缺失。因此，本研究首次将表面形貌、拉伸行为、热降解特性、抗菌效率和抗生物膜性能整合在同一体系中进行评估，建立明确的结构–性能关系，并判断其作为可再生多功能增强材料用于可持续复合材料和生物功能应用的可行性。

研究人员从印度泰米尔纳德邦Vellore区Thakkolam当地农场采集Canna indica成熟茎，采用