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这篇综述文章由Guddu K. Gupta和Pratyoosh Shukla撰写，他们来自印度的Maharshi Dayanand University。文章于2020年11月26日被《Frontiers in Chemistry》期刊接收，并发表在该期刊的纳米科学（Nanoscience）特刊上。

本文主要讨论了从木质纤维素生物质中提取纳米纤维素的方法及其环保型先进应用。随着对石油产品使用的环境担忧日益增加，研究者们正在寻找更为环保且技术可行的替代品。纳米纤维素因其独特的性能如特殊的表面化学、优异的物理和化学强度以及丰富的可修饰羟基而受到关注。此外，其显著的生物特性如生物降解性、生物相容性和无毒性，加上环境友好性，使其成为一种极具吸引力的材料。

文章首先介绍了纳米纤维素的基本概念及其分类，包括纤维素纳米纤维（Cellulose Nanofibers, CNFs）、纤维素纳米晶体（Cellulose Nanocrystals, CNCs）和细菌纳米纤维素（Bacterial Nanocellulose, BNC）。每种类型的纳米纤维素都有其特定的提取方法和应用领域。例如，CNFs通常通过TEMPO介导的氧化法从木浆生物质中提取，直径约为5-60纳米，长度为数微米；CNCs则通过酸水解法制备，具有针状高结晶度，尺寸范围为直径5纳米，长度20-100纳米；BNC则是通过细菌发酵过程分泌的，呈带状纤维，尺寸为20-100纳米宽，长度为数微米。

接下来，文章详细描述了从木质纤维素生物质中提取纳米纤维素的过程。这一过程主要包括两个步骤：第一步是对原生纤维素生物质进行预处理，以去除灰分、蜡质、半纤维素和木质素等不需要的聚合物，提高纤维素的质量；第二步是将预处理后的纤维素转化为纳米纤维素，常用的方法包括高压均质化、微流体化、微研磨、高强度超声波处理、电纺丝和蒸汽爆炸等。这些方法能够有效地将纤维素分解成纳米级材料。

文章还探讨了纳米纤维素在多个领域的高级应用。例如，在食品工业中，纳米纤维素可用作食品稳定剂、重要食品成分和食品包装材料。在生物医药领域，BNC因其独特的三维纳米结构和良好的生物相容性，被广泛应用于药物传递系统、组织工程技术和细胞培养技术。此外，纳米纤维素还被用于制造柔性超级电容器和聚合物基质，以减少全球化石能源的使用和环境污染。

在能量转换和收集装置方面，纳米纤维素纸由于其透明、光学清晰和可折叠的物理特性，被广泛应用于电子设备、能量电容器和柔性复合材料。例如，Nogi等人在2009年制备了一种透明的纳米纤维素纸，展示了其光学活性、卓越的物理强度和高模量（13 GPa）。Weng等人实验表明，使用简单的石墨烯-纤维素纸（GCP）膜作为柔性超级电容器的电极，其电导率稳定性极高，经过1000次弯曲后仅下降6%。

在生物医学应用方面，BNC被认为是最具潜力和成本效益的天然纳米材料之一，广泛应用于支架制造、伤口敷料、药物传递系统、诊断和生物传感器等领域。例如，Hakkarainen等人在2016年从漂白桦木浆中提取了纳米纤丝化纤维素，并将其用作伤口敷料，报告称这种材料非常环保且具有良好的移植系统兼容性。Fontana等人在1990年首次报道了基于BNC的“Biofill®”材料作为生物医学应用中的伤口敷料生物材料。

此外，文章还讨论了纳米纤维素在纳米复合材料、液体材料吸附基质等方面的应用。例如，Robles等人在2016年的研究表明，从PLA和纳米纤维素中获得的纳米复合材料可以改善基质填料之间的接触，提高热性能和结晶度。Ardanuy等人报道了由CNF和剑麻纤维制成的剑麻纤维水泥复合材料，其弯曲强度比普通水泥复合材料提高了40%。

最后，文章总结了纳米纤维素的研究现状和未来前景。尽管纳米纤维素具有许多优点，但在实际应用中仍面临一些挑战，如木质素、半纤维素及其衍生物的存在需要预处理过程来去除，而传统的预处理技术存在废水排放量大、能耗高和生产时间长等问题。因此，酶处理作为一种高效的方法被提出，以提取纤维素生物质中的纳米纤维素。文章呼吁更多的研究和环保型工艺来改进纳米纤维素的生产和反应活性。

本文的意义在于全面介绍了纳米纤维素的提取方法和应用领域，为未来的研究提供了重要的参考。文章不仅强调了纳米纤维素在多个领域的广泛应用，还指出了当前研究中存在的问题和未来的发展方向，对于推动纳米纤维素的研究和应用具有重要意义。