日本原子能研究开发机构（JAEA）物质科学研究中心的关根由莉奈研究副主干、南川卓也研究员、广井孝介研究副主干、杉田刚研究员、柴山由树博士研究员，与丰桥技术科学大学、东京都立产业技术研究中心、明治大学通过共同研究发现，只需将木材粉碎后制成的纤维素纳米纤维与极低浓度的氢氧化钠混合后冷冻，再加入柠檬酸溶解，即可制成高强度多孔凝胶材料。关根副主干表示：“我认为利用冰晶空间进行化学反应材料的开发可以拓展到各个领域。希望将该技术拓展至资源再利用领域”。相关研究成果已发表在《Carbohydrate Polymers》上。
研究概要图（供图：日本原子能研究开发机构（JAEA））
长期以来，构成木材的纤维素一直通过化学和物理加工用于化工产品和服装等。然而，这需要大量的能源来破坏纤维素分子排列成的微观层次结构。
研究团队着眼于利用水结冰时所产生的冰晶之间包围的纳米空间。将纤维素溶液冷冻后，纤维素分子不会被冰晶所吸纳，而是在冰晶之间形成了致密的纳米级纤维素凝聚层。在该凝聚层中，由于分子相邻存在，形成了不同寻常的分子排列方式。
此次研究发现，水溶液冷冻时在冰晶之间形成的纳米空间内，氢氧化钠发挥作用，将纤维素分子从类似于天然结构的平行排列的纤维素I相变为以反方向排列并通过氢键相连的纤维素II的结晶结构。随后，通过在即将融化的水溶液中加入柠檬酸，向纤维素中导入羧基，使之与羟基之间形成氢键，即可产生网状的晶体结构。这样一来，就形成了坚固的凝胶。
纤维素多孔凝胶材料，具有95％以上的空隙的高度多孔性，水和物质等可以从其孔隙中进出。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：Carbohydrate Polymers
论文：Nanocellulose hydrogels formed via crystalline transformation from cellulose I to II and subsequent freeze cross-linking reaction
DOI：doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121538
