變廢為寶海鞘纖維素研究取得突破

　　海鞘是一種普通的海洋生物，因形狀像鳳梨，又被稱作海中鳳梨，在各大洋中均有分布。由于海鞘體內(nèi)的糖原含量較高，味道香甜，一直是海邊人們飯桌上的美味佳肴。可鮮為人知的是，海鞘也是這個(gè)世界上唯一能產(chǎn)出纖維素的動(dòng)物，如果能將其用于紡織服裝領(lǐng)域，將會(huì)給行業(yè)帶來巨大的變化。

　　近日，在全國首屆大學(xué)生高分子材料創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽決賽現(xiàn)場，來自青島科技大學(xué)高分子學(xué)院材料工程專業(yè)學(xué)生張大為課題組在全國率先開展的海鞘纖維素研究引起了廣泛關(guān)注。

　　變廢為寶創(chuàng)新型纖維

　　曾經(jīng)的海鞘只是用作食品，其被囊不能食用則被拋棄。而海鞘產(chǎn)生的纖維素，就是在海鞘被囊之中。如何將其變廢為寶?這一課題成為張大為課題組的研究方向，如今，被當(dāng)作垃圾扔掉的海鞘被囊，已經(jīng)成了發(fā)展新型產(chǎn)業(yè)的原材料。

　　張大為告訴記者，自2009年發(fā)現(xiàn)海鞘纖維素以來，他的課題組就陸續(xù)突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)出了海鞘纖維素節(jié)能反射薄膜、海鞘纖維素高性能導(dǎo)電紙和海鞘纖維素紡絲液等新型特種功能材料，以海鞘纖維素為“原點(diǎn)”，將觸角延伸至國內(nèi)多個(gè)領(lǐng)域，獲得了7項(xiàng)國家發(fā)明專利。海鞘纖維素制品將帶動(dòng)一系列新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，新技術(shù)的應(yīng)用也將為企業(yè)和個(gè)人帶來更豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。

　　那么，當(dāng)初張大為是如何想到這一課題的呢?

　　原來，纖維素的來源十分廣泛，不僅存在于高等植物的細(xì)胞壁中，也在海鞘的被囊中發(fā)現(xiàn)了纖維素的存在。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，海鞘纖維素與植物纖維素相比有很多獨(dú)特的特質(zhì)。

　　“如前者的90%以上為Iβ晶型，而且其結(jié)晶度高，而后者只有50%-70%的Iβ晶型。

　　目前國內(nèi)僅有從海鞘中提取海洋藥物成分的研究報(bào)道，而有關(guān)海鞘纖維素的研究鮮見文獻(xiàn)報(bào)道。”張大為告訴記者。

　　同時(shí)，海鞘納米纖維素在一定濃度下還能自發(fā)形成膽甾型液晶。膽甾型液晶具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)，如光學(xué)各向異性、雙折射性、選擇反射性等，張大為認(rèn)為這一項(xiàng)目成功后有望用于防偽材料、裝潢涂料、反射型彩色電子紙等領(lǐng)域。

　　因此，張大為設(shè)想，是否能通過一種方法把海鞘被囊中的纖維素提取出來供人使用呢?

　　經(jīng)過4年的研究，張大為成功制備出了納米纖維素，并通過偏光顯微鏡、紅外光譜儀、原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究。研究結(jié)果表明，所制備的海鞘纖維素樣品粉末幾乎為Iβ晶型;海鞘納米纖維素為棒狀結(jié)構(gòu)，直徑均勻，平均直徑約為30nm，長度在200nm～2μm之間，具有長度多分散性。

　　同時(shí)，張大為還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海鞘纖維素懸浮液達(dá)到一定濃度后，可以自發(fā)地形成膽甾型液晶，而且膽甾型液晶薄膜具有選擇反射性，在自然光的照射下呈現(xiàn)彩虹般漂亮的顏色。

　　藍(lán)色材料可廣泛應(yīng)用

　　業(yè)內(nèi)專家曾表示，在科技領(lǐng)域內(nèi)，成果要想實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化通常會(huì)面臨“現(xiàn)實(shí)很骨感”的尷尬境遇。然而，張大為課題組研發(fā)的海鞘纖維素紡絲液技術(shù)已經(jīng)解決了成果轉(zhuǎn)化的難題。以海鞘纖維素為原料制成的新型海洋服裝，已成功俘獲青島企業(yè)的“芳心”。

　　“纖維素是生產(chǎn)服裝的主要原材料，海鞘纖維素的分子量是棉花纖維素的2.5倍，因此它的強(qiáng)度要高于棉花纖維素，而且透氣性和熱穩(wěn)定性好，無毒無害、安全性高，可以生物降解，有助于節(jié)能環(huán)保。”張大為告訴記者，這類服裝對(duì)人體的刺激性小，人們穿上后也更舒服。

　　在了解了新技術(shù)的性能和特點(diǎn)之后，青島雪達(dá)集團(tuán)有限公司主動(dòng)向其拋出了“橄欖枝”。雙方已經(jīng)簽訂了意向合作，將共同研發(fā)高附加值的海鞘纖維素紡絲液和服裝系列產(chǎn)品。目前，該項(xiàng)目已進(jìn)入中試階段，預(yù)計(jì)將于2015年實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。

　　除此之外，海鞘纖維素還可以應(yīng)用到醫(yī)藥領(lǐng)域。張大為表示：“常用的醫(yī)用紗布大都采用棉花纖維素制作而成。與棉花纖維素相比，海鞘纖維素具有優(yōu)良的力學(xué)性能和生物相容性，因此，海鞘纖維素制成的醫(yī)用紗布對(duì)于傷口的愈合將至少加速20%以上。”

　　讓人意想不到的是，海鞘纖維素還可以幫助人們識(shí)別人民幣的真?zhèn)巍?ldquo;現(xiàn)在的人民幣強(qiáng)度并不是很高，在澳大利亞、新西蘭等國家已經(jīng)開始使用塑料材質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的紙質(zhì)貨幣，不僅可以循環(huán)利用，而且還含有獨(dú)特的防偽技術(shù)。”張大為說，“以海鞘纖維素作為人民幣的原材料，不僅可以增加強(qiáng)度，而且還可以替代現(xiàn)有人民幣、債券的防偽技術(shù)，使人們?cè)诒鎰e真?zhèn)蔚臅r(shí)候更容易。”

　　雖說如此，但由于人民幣防偽涉及到多項(xiàng)技術(shù)，相關(guān)技術(shù)很綜合而且嚴(yán)格保密，張大為多次強(qiáng)調(diào)，通過相關(guān)技術(shù)的處理，可以在部分技術(shù)上進(jìn)行替代。但最終是否可行，或具體有哪些優(yōu)勢(shì)，目前來說還是未知數(shù)。

　　來自中國紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，2012年我國紡織原料消費(fèi)量占全世界的52%，而紡織原料的進(jìn)口量則達(dá)65%以上。目前，我國紡織原料中30%的棉花和70%的羊毛需要進(jìn)口，纖維供給存在很大缺口。這種狀況給國內(nèi)紡織原料結(jié)構(gòu)的調(diào)整提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而如何節(jié)約資源開發(fā)新型纖維，正成為行業(yè)可持續(xù)發(fā)展急需解決的課題。海鞘纖維素的研發(fā)，無疑緩解了這一問題。

　　經(jīng)過4-5年的研發(fā)，海鞘纖維素在家紡、造紙和節(jié)能材料的應(yīng)用技術(shù)已逐漸得到越來越多的認(rèn)可，其在高檔紡織品、反射型透明無紡布、防偽材料、裝潢涂料、顯示材料及紅外光屏蔽節(jié)能材料等領(lǐng)域蘊(yùn)含的廣闊發(fā)展前景，正吸引著投資者的目光。