壳聚糖修饰的酶响应型纳米载体系统构建及其在木材防腐中的性能研究

为解决植物源防腐剂有效期短、易流失和固定性差等问题，研究人员通过微波处理合成荧光大蒜纳米颗粒(garlic NPs)，并利用中空介孔有机硅纳米颗粒(HMON)作为载体，构建了壳聚糖(CS)修饰的酶响应型递送系统(HMON–garlic NPs–CS)。该系统显著提高了防腐剂的热稳定性和木材固定性，展现出酶触发释放特性和缓释功能，对真菌生长具有明显抑制作用，为智能木材防腐剂的开发提供了理论依据。

　　

木材作为森林资源的重要组成部分，在生态安全和可持续发展中扮演着关键角色。然而，木材在使用过程中易受真菌侵蚀而腐烂，导致其使用寿命缩短、物理化学性能下降。传统含重金属的化学防腐剂（如氨化砷酸铜）虽能有效防腐，但因环境毒性问题逐渐被限制使用。植物源防腐剂（如大蒜提取物）虽具有天然来源丰富和环境友好的优势，却存在有效周期短、易流失、固定性差等缺陷。如何通过技术创新解决这些矛盾，成为木材保护领域的重要课题。

这项发表在《Industrial Crops and Products》的研究，通过多学科交叉策略构建了一种智能响应系统。团队首先采用微波辅助合成法将大蒜提取物转化为荧光纳米颗粒(garlic NPs)，其平均粒径仅2.4±0.04 nm；随后以具有大腔结构的中空介孔有机硅纳米颗粒(HMON)为载体，通过表面接枝偶氮键并包覆壳聚糖(CS)，最终形成酶响应型递送系统(HMON–garlic NPs–CS)。研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、氮气吸附-脱附测试等技术表征材料特性，通过体外释放实验评估缓释性能，并选用白腐菌(Coriolus versicolor)进行抗真菌测试。

主要研究结果

HMON结构与表征

通过"核-壳-穿孔-去核"法制备的HMON呈现规整球形，粒径约200 nm，比表面积达173.98 m²/g。TEM显示其具有明显的空心结构，经氨基化修饰后，表面成功接枝偶氮苯-3,3′-二羧酸，形成pH响应单元。

荧光大蒜纳米颗粒合成

微波处理使大蒜提取物碳化为超小碳纳米颗粒(1.25-4.75 nm)，拉曼光谱显示sp²杂化石墨碳结构占优(I_D/I_G <1)。该颗粒不仅具有抗菌活性，在紫外光下还显现蓝色荧光，便于追踪其在木材中的分布。

酶响应系统构建

XPS证实HMON–garlic NPs–CS中存在N1s(399.8 eV)特征峰，表明大蒜纳米颗粒成功装载。热重分析显示CS包覆使系统热稳定性提升，600℃时残留率比游离garlic NPs提高约30%。

控释性能分析

在0.2 mg/mL漆酶刺激下，系统72小时累积释放率达34.1%，而未修饰的HMON–garlic NPs组6小时内即释放完全，证明CS包覆有效实现了"按需释放"。

抗真菌与木材保护效果

0.06 g/mL的HMON–garlic NPs–CS使白腐菌生长直径缩小47%，处理后的杨木样品12周质量损失率仅12.13%，显著优于传统大蒜提取物处理组(33.67%)。浸出实验显示该系统固定性提高，有效解决了植物防腐剂易流失的问题。

结论与意义

该研究创新性地将纳米技术、响应型材料和天然防腐剂相结合，构建的智能递送系统具有三重优势：通过HMON的介孔结构实现高载药量(71.14%)；利用CS包覆和偶氮键响应机制实现真菌微环境触发释放；纳米级尺寸(200-300 nm)确保其在木材细胞中的渗透性。这种"感知-响应"式防腐策略不仅将防腐剂用量降低约60%，其荧光特性还为木材处理效果可视化监测提供了可能，为发展高效、低耗的绿色木材保护技术开辟了新途径。未来研究可进一步拓展多重酶响应体系，以应对自然环境中更复杂的微生物协同降解机制。