这篇综述文章题为《A Review on the Modification of Cellulose and Its Applications》，发表于期刊《Polymers》2022年第14卷，编号3206。其主要作者包括Tariq Aziz、Arshad Farid、Fazal Haq等，他们分别隶属于西湖大学、德拉伊斯梅尔汗大学、浙江大学、西安交通大学、北京理工大学等多家知名高校及研究机构。文章的主要研究方向聚焦于纤维素改性技术的最新进展及其多领域应用。该文章于2022年8月5日正式发表。
纤维素是自然界中最丰富的可再生生物质之一，这种天然高分子由于其优良的生物相容性、再生性和降解性，吸引了科学界的广泛关注。文章指出，随着工业与消费者对环保需求的增加，基于纤维素的工程材料在食品包装、纺织品、医疗产品等诸多领域的潜力不断增加。然而，传统纤维素材料在机械性能和功能性方面显得不足，无法满足现代高性能材料的需求。研究界由此通过纤维素的化学改性技术，探索其在纳米复合材料、生物医学工程等方面的新应用潜力。
文章深入介绍了纤维素的化学结构与主要来源。纤维素是由反复的无水葡萄糖（anhydrous glucose unit, AGU）单元组成的线性多糖，通过β(1→4)糖苷键连接。这些单元具有羟基功能团，其高活性为纤维素的化学改性提供了基础。纤维素可以从植物原料、藻类及一些细菌（如醋酸杆菌和根瘤菌）中提取，常见的纤维素材料包括木材（纤维素含量40%-50%）、棉纤维（90%）及干燥的大麻（约57%）。
此外，纤维素的独特层级结构设计（从纳米到宏观尺度），赋予其优异的机械强度与灵活性。然而，研究也表明，为了实现更高性能的功能化产品，需要进一步对纤维素进行分子层面的解析与改性。
文章详细阐述了纤维素改性领域的关键技术，包括表面改性、酯化、醚化、羧基化、光-硫-烯反应等。这些技术增强了纤维素材料的可加工性和功能性。如通过TEMPO氧化（2,2,6,6-四甲基哌啶氧化反应）功能化纤维素表面，引入羧基，并将荧光染料附着于纤维素表面，可大幅改进纤维素在生物材料中的性能。此外，腈亚胺中的羧基化、丁二烯环加成以及光催化反应等手段的引入，也显著提高了纤维素的功能应用范围。通过这些复杂化学反应，可以定制“智能”纤维素材料，这些改性后的纤维素材料可被用于药物递送、水处理、油水分离以及生物医学成像等。
文章指出，纤维素的羟基功能团是进行化学改造的核心。然而，这种功能改造的反应控制较为困难。通过分子结构设计，例如氮丙啶的环开反应或炔基化修饰，可以实现分子终端的功能化，形成可控的纳米结构。这些方法为纤维素基电介质、新型柔性材料以及分子探针的开发提供了广阔的应用前景。
酯化和醚化是最广泛使用的化学改性方法，包括对醋酸纤维的加工。这些方法实现了纤维素分子链内部分位点的选择性修饰。在离子液体和有机催化剂介质的协同作用下，通过后续的交联反应，可以生成具有高机械强度、柔韧性和透明性的可控化纤维素复合材料，比如超轻量隔热膜、吸附材料等。
纳米纤维素（Cellulose Nanocrystals, CNCs）是近年来纤维素领域的研究热点。与传统材料相比，CNCs的轴向弹性模量更高，同时其低密度和表面反应活性使得它成为新型复合材料研发的理想选择。文章提到，CNCs通过表面功能化后可以实现其自组装行为，用于增强基质聚合物的强度，并广泛应用于屏障涂层、柔性显示器、医用缓释药物载体等。
文章重点讨论了纤维素在各种工业领域的最新应用进展，如可持续材料、医疗器械、导电纤维以及油水分离膜等。比如，表面活性剂改性的纤维素分离膜不仅具有低成本、无毒无害的特点，而且在乳化油-水分离、吸附重金属以及排油水体净化中表现优异。此外，文章还探讨了纤维素作为导电涂层在柔性电子器件中的独特功能，其通过与金属纳米粒子协同作用，将表现出优异的电气性能及应用潜力。
另一个重要领域是纤维素在生物医学上的应用。纤维素的天然细胞相容性与低毒性使其成为组织工程的理想支架材料。通过与功能性分子共价修饰，例如与长链聚合物或表面染料结合，可以显著改善其水溶性、生物附着性及药物缓释效果，从而扩展其在癌症治疗、伤口愈合等领域的应用。
文章还特别提到，随着环保意识的进一步增强，绿色化学和循环经济成为不可忽视的重要方向。纤维素作为可再生生物质，其在环境友好的溶解-再生过程中，展现出极大的潜力。例如，利用水和乙醇等低毒溶剂进行纤维素生成，以替代传统化学改性中会导致污染的有机溶剂，已成为未来产业化应用的趋势。此外，文章亦强调，纤维素降解的生物与光化学路径可以进一步提高其环境相容性。
在涉及到人体接触和生物医学用途时，增加改性纤维素的安全性尤为重要。文章强调了对纤维素改性材料的毒性评估研究，特别是对涂覆有机小分子或其他化学修饰的纤维素基材料。这些评估对于筛选高生物兼容性的改性方法至关重要。文章指出，大多数未改性的纤维素表现出低毒性，然而某些功能基团的引入可能会改变吸附特性和细胞相互作用，因此需进一步优化这些功能团的选择与结构设计。
文章最终总结了纤维素改性及应用领域的研究现状与未来发展路径，并呼吁学术界在持续性、功能性和环境相容性之间寻找平衡。作者认为，纤维素的化学改性结合生物合成及增值材料开发，将能够大幅推动可降解高性能材料的产业化应用。
这篇综述文章不仅为纤维素研究领域的学者提供了重要参考，也为推动相关领域的绿色技术创新与材料应用提供了理论基础和实践启示。