随着废弃聚合物造成的环境污染问题日益严重，天然高分子材料因其可再生、可降解、储量丰富等优点被广泛研究与开发，以谋求替代传统聚合物。与传统聚合物不同，诸如纤维素、甲壳素、蚕丝以及蛛丝等天然高分子材料依赖于小分子（葡萄糖或氨基酸）聚合形成生物大分子，大分子进一步组装形成生物质纳米或微米纤维，完成多层级的精准自组装，形成结构复杂、性能优异的功能单元满足生物的正常代谢。一般来说，生物质纳米纤维的直径<100nm，是生物体内普遍存在的基本结构之一，通常具有优异的力学性能与独特的生物功能。
近日，青岛科技大学张建明团队陈玉伟副教授与中国科学院青岛能源所李朝旭研究员等合作开发了一种具有普适性的生物质纳米纤维绿色制备方法。该制备方法主要利用1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯（dbu）的二甲亚砜（dmso）作为一种通用的、可回收的、非侵入性的去质子化溶剂体系，对不同多糖或氨基酸基生物质材料进行夺质子化处理，并配合后期高压均质等强物理剪切作用制备生物质纳米原纤维。同时，依赖于dbu的酯化催化特性，该溶剂体系还可以活化生物质表面羟基，促进其与酸酐反应制备羧基化纳米纤维。
对比其它生物质纳米纤维的制备方法，该方法在普适性以及制备能耗方面有一定优势。同时，反应后的dbu/dmso溶液可以通过减压蒸馏和萃取等步骤进行回收，并再次用于制备生物质纳米纤维。
此外，为了进一步拓宽生物质纳米纤维的使用场景，团队以微晶纤维素为例，在dbu/dmso体系中，加入羟基螺吡喃与4-二甲氨基吡啶（dmap）和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺（edc），再次利用dbu的催化作用制备了一种兼具光响应性和湿度响应性的功能化生物质纳米纤维.通过荧光发射光谱和紫外可见光光谱表征了，在羧基化的基础上，接枝有螺吡喃的纳米纤维可以在紫外光(365nm)照射下实现由蓝色到红色的循环荧光颜色转变。同时，依赖于紫外光照下螺吡喃的sp与mc结构转换，纳米纤维薄膜还具有光响应性的亲疏水变化。
此外，结合前面所制备生物质纳米原纤维以及羧基化纳米纤维，采用逐层抽滤的方法制备了具有多层异质结构的生物质纳米纤维薄膜。通过sem表征该纳米纤维薄膜厚度在260nm，能够在环境湿度为70%的条件，通过紫外光和可见光切换完成多次循环弯曲致动，具备良好的光致致动特性。因此，团队尝试将这种多层异质薄膜用于信息加密领域，通过打印可以完成多重伪信息加密，并通过将螺吡喃纳米纤维与羧基化纳米纤维进行单层或多层抽滤组合，构成6种不同变色和致动行为的单层或多层薄膜，这些薄膜两两组合可以满足字母a-z以及数字0-9的编码加密。最后，利用薄膜光响应和湿气响应性尝试去建立一种新的信息加密手段，实现三维信息加密。通过薄膜的变色和致动行为，将信息从初始的数字3经历8 9最终变化为7。
相关工作以题为“versatile deprotonation-induced exfoliation and functionalization of biological nanofibrils for actuation and fluorescence”的研究性论文发表在sci期刊acs applied materials & interfaces上（if：9.5），doi：https://doi.org/10.1021/acsami.4c02579）。青岛科技大学高分子学院硕士研究生张白浪为本文的第一作者，青岛科技大学陈玉伟和青岛能源所李朝旭等为本文的共同通讯作者。
