以秸稈為原料的仿木復(fù)合材料

近日，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所（下稱(chēng)寧波材料所）的生物基高分子團(tuán)隊(duì)通過(guò)研究，利用人們以往視為廢料的秸稈，研發(fā)出新型“仿木”復(fù)合材料，把秸稈變成了“木材”。

根據(jù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、寧波材料研究員介紹，這種材料以常見(jiàn)的塑料、橡膠為基體，對(duì)秸稈、蘆葦、椰子纖維、麻纖維、竹纖維等進(jìn)行包裹加工，植物纖維的最高含量達(dá)到80%?！安牧现胁缓兹⒉粫?huì)霉?fàn)€，阻燃性也非常好，而且價(jià)格比人造板材和新型木塑復(fù)合材料更低?！彼f(shuō)。

利用秸稈與高分子樹(shù)脂，生產(chǎn)出新型“仿木”復(fù)合材料的粒料。

在研發(fā)這種新型“仿木”復(fù)合材料過(guò)程中，寧波材料所與山東濰坊一家科技公司合作，開(kāi)發(fā)出了高速共混設(shè)備，解決了植物纖維高效收集等問(wèn)題；團(tuán)隊(duì)嘗試對(duì)植物纖維與樹(shù)脂基體分步阻燃處理，最終讓新型“仿木”復(fù)合材料達(dá)到最高阻燃等級(jí)了V0級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（對(duì)樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測(cè)試后，火焰在30秒內(nèi)熄滅。不能有燃燒物掉下）。

目前，團(tuán)隊(duì)通過(guò)優(yōu)化新型“仿木”復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝路線，已經(jīng)使之具備一定的量產(chǎn)能力?！拔覀兿嘈?，用這種材料加工的新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)后，肯定能幫助緩解人們生產(chǎn)、生活中對(duì)木材的依賴(lài)性。”研究人員說(shuō)。

具有光熱促成骨作用的復(fù)合生物材料

近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院與香港城市大學(xué)研究人員合作，成功研制出一種具有光熱響應(yīng)的智能生物材料，該材料可用于促進(jìn)骨缺損部位的再生修復(fù)。

熱療是一種對(duì)正常組織損傷較小的傳統(tǒng)療法，自古代以來(lái)就被廣泛地用于治療諸多慢性疾病。然而常規(guī)的熱療方法受限于外部直接加熱傳遞效率低下的問(wèn)題，治療效果較為有限。近年來(lái)隨著納米技術(shù)的快速發(fā)展，納米光熱治療已經(jīng)成為腫瘤治療領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，具有適用范圍廣、選擇性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便等顯著優(yōu)點(diǎn)。

受腫瘤光熱治療研究的啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)基于前期黑磷基生物材料方面的研究合作(Angew. Chem. Int. Ed. 55, 5003, 2016; Small 13, 1602896, 2017; Adv. Sci. 5, 1700848, 2018)，將黑磷納米片與可生物降解的醫(yī)用高分子PLGA相復(fù)合，制備出一種具有光熱響應(yīng)作用的新型骨科植入材料。此種新型的復(fù)合生物材料僅需要添加0.2%的黑磷納米片，就能夠在肌肉組織覆蓋下具有較高的光熱轉(zhuǎn)化效果，甚至在植入大鼠骨缺損部位后仍對(duì)近紅外光照具有很強(qiáng)的光熱響應(yīng)。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，40~42℃范圍的局部光熱刺激就能夠顯著促進(jìn)骨缺損部位的組織再生，而黑磷納米片的添加還能夠調(diào)控高分子基材的降解，因此可用作一種理想的骨科植入材料。在此項(xiàng)工作中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還深入探討了光熱促成骨的分子生物學(xué)機(jī)制，為骨科植入材料的功能設(shè)計(jì)提供了一條全新思路。

黑磷基復(fù)合生物材料：調(diào)控PLGA基材降解并且能夠在近紅外光照刺激通過(guò)光熱轉(zhuǎn)化作用實(shí)現(xiàn)微熱刺激成骨。

高性能納米復(fù)合塊材有望工業(yè)化

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)采用一種新型生物合成法首次制備出系列宏觀尺度功能納米復(fù)合材料，該創(chuàng)新成果近日在線發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》。該方法可與目前食品工業(yè)細(xì)菌纖維素生產(chǎn)工藝靈活結(jié)合，有望實(shí)現(xiàn)高性能納米復(fù)合材料塊材的工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展的的生物合成方法是固態(tài)基底—?dú)馊苣z生物合成法。該方法通過(guò)將傳統(tǒng)木醋桿菌液態(tài)發(fā)酵基底替換為固態(tài)，穩(wěn)定了微生物合成納米纖維素的界面，并通過(guò)程序化控制，在納米纖維素生長(zhǎng)界面上沉積不同納米單元，實(shí)現(xiàn)納米纖維素與納米單元均勻復(fù)合，首次成功制備出一系列納米結(jié)構(gòu)單元含量可控、形狀規(guī)則的宏觀尺度大塊細(xì)菌纖維素納米復(fù)合材料。與傳統(tǒng)漿料法相比，該生物合成過(guò)程完整地保留了細(xì)菌纖維素的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所制備的復(fù)合材料在保留其納米單元納米尺度優(yōu)良性能的同時(shí)，具有更優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度。

研究表明，這種合成法是一種通用方法，可制備一系列由不同納米材料與細(xì)菌纖維素組成的宏觀復(fù)合塊材，包括零維納米單元(二氧化硅納米球、四氧化三鐵微球、炭黑顆粒等)、一維納米單元(碳納米管、硅酸鈣納米線、碳化硅線等)、二維納米單元(氮化硼納米片、氧化石墨烯、納米黏土片等)。在所制備的塊材中，納米材料含量重量比在0~85%范圍內(nèi)可調(diào)，而且微觀納米材料可均勻地分布在宏觀尺度的三維納米纖維素塊材網(wǎng)絡(luò)中。

據(jù)介紹，運(yùn)用這種方法制備的塊材能很好保留其納米單元納米尺度的優(yōu)良性能。其中，所制備的碳納米管/細(xì)菌纖維素復(fù)合材料薄膜的導(dǎo)電性與力學(xué)強(qiáng)度綜合性能優(yōu)于以往報(bào)道的所有同類(lèi)材料。在保持高強(qiáng)度的同時(shí)，這種復(fù)合材料薄膜的電磁屏蔽性能也優(yōu)于已報(bào)道的同類(lèi)材料。此外，這種常溫常壓下的微生物發(fā)酵過(guò)程不使用任何有機(jī)溶劑，也不產(chǎn)生和排放任何有害物質(zhì)，具有環(huán)境友好、成本低等優(yōu)勢(shì)。

納米材料具有許多優(yōu)異性能，將納米材料組裝成宏觀尺度體材料可實(shí)現(xiàn)微觀性能向宏觀的“集成”，并具有單個(gè)納米顆粒所不具備的性質(zhì)，如光學(xué)、磁學(xué)、電學(xué)及離子傳導(dǎo)性能等。但如何將納米材料組裝成宏觀尺度體材料并保持其納米尺度的獨(dú)特性能，是納米材料獲得實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵，也是目前面臨的重要挑戰(zhàn)之一。