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北林彭锋教授团队 Adv. Funct. Mater.:纳米木质素香烟过滤嘴
2025-03-25  来源:高分子科技

  香烟烟雾中含有大量的有害物质,其中活性氧(ROS)是导致多种疾病发生和发展的关键因素之一。ROS包括超氧阴离子(·O2-)、过氧化氢(H2O2)和羟基自由基(·OH)等它们具有高反应活性,能够与细胞内多种生物分子相作用,破坏细胞结构和功能。长期吸烟会导致体内ROS累积,进而引发氧化应激,致使多种疾病发生,如肺癌、心血管疾病、慢性阻塞性肺疾病等。因此,开发能够高效清除香烟烟雾中ROS的技术对于遏制吸烟相关疾病具有重要的现实意义和迫切需求


  北京林业大学彭锋教授和郝翔副教授期致力于生物质大分子组装材料的开发和利用,在前期成功实现木质素组装材料开发的基础上 (Green Chem., 2023, 25, 5142-5149Adv. Mater., 2024, 36, 2311073Chem. Eng. J., 2024, 495, 153317),进一步增强其抗氧化性并负载于香烟滤嘴之上,有效清除香烟烟雾中ROS和有害气体,总ROS清除率可达97%以上。同时,还建立了单克纳米木质素负载百支香烟的连续化制备工艺,有望实现规模化生产。此外,小老鼠动物试验证实其可有效减轻氧化应激诱导的小鼠肺损伤,为肺组织提供保护作用(图1)。


1 用于负载香烟滤嘴清除ROS的纳米木质素设计示意图


  通过简单浸渍-干燥法将纳米木质素负载于香烟滤嘴上,每支香烟滤嘴仅含10 mg纳米木质素。负载于香烟滤嘴的纳米木质素对香烟烟雾中·O2-H2O2·OH等多种高氧化活性ROS和甲醛等有害气体均具有清除作用,总ROS清除效率可达97%以上,高于目前文献已报道的其他材料。此外,纳米木质素抗氧化能力直接受孔喉结构调控,自由基清除效率与孔喉尺寸呈正相关(图2)。


2 负载于香烟滤嘴的纳米木质素清除香烟烟气自由基和有害气体


  通过体内被动吸烟模型对纳米木质素体内自由基清除效果进行评估(图3)。相较未负载纳米木质素的香烟烟雾造成小鼠肺组织严重损伤,暴露在负载纳米木质素香烟烟雾下的肺组织显微结构接近正常,病理性改变显著减少。因此,纳米木质素能够通过清除ROS并调节肺组织中炎症相关细胞因子水平,有效缓解氧化应激,从而保护小鼠免受烟雾诱导的急性肺损伤。


3 负载于香烟滤嘴的纳米木质素清除体内自由基


  以上的研究成果以“Porous Lignin Nanospheres as Microscopic Air Purifiers for Antioxidant-Configurable Cigarette Filters”为题发表于《Advanced Functional Materials》期刊。北京林业大学博士研究生王海荣为第一作者,郝翔副教授和彭锋教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金(2220822),中央高校基本科研业务费专项资金资助(QNTD202302)和国家杰出青年科学基金(32225034)等项目的支持。


  论文链接地址:https://doi.org/10.1002/adfm.202420731

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(责任编辑:xu)
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