Cellulose, som den mest tallrike biopolymer i verden, har blitt servert nylig som en viktig råvare for å gi krystallinske nanopartikler kalt nanocrystalline cellulose (NCC, også kjent som cellulose nanokrystaller CNC) ^1. For å forstå mekanismen for NCC syntese, må strukturen av cellulosefibre for å bli utforsket. Cellulose er en lineær og polydispergert polymer omfattende poly-beta (1,4) P-D-glukoserester ^2. Sukkerringer i hver monomer er tilkoblet via glycosidic oksygen for å danne kjeder av (1-1,5) x 10 ⁴ glukopyranoseenheter ^2,3, innføre alternerende krystallinske deler og uordnede, amorfe områder, først rapportert av Nägeli og Schwendener ^2,4. Avhengig av kilden, kan krystallinske deler av cellulose innta forskjellige polymorfer ^5.

Hvis en cellulosefiber behandles med en sterk syre, slik som svovelsyre, kan den amorfe fase være fullstendig hydrolysert away å forstyrre polymer og produsere krystallinske partikler av ulike størrelsesforhold avhengig av kilden (for eksempel tre og bomull gi mer enn 90% krystallinske nanostaver av bredde ~ 5-10 nm og lengde ~ 100-300 nm, mens tunicin, bakterier, og alger produserer 5-60 nm bred og 100 nm til flere mikrometer lang NCCer) ^6. Leserne blir henvist til den enorme mengden av litteratur tilgjengelig på de vitenskapelige og tekniske aspekter av disse nanomaterialer ^2,5,7-16. Til tross for mange interessante egenskaper av disse nanopartiklene, har deres kolloidal stabilitet alltid vært et problem ved høye saltkonsentrasjoner og høy / lav pH-verdi på grunn av deres relativt lave overflateladning innhold (mindre enn 1 mmol / g) ^17.

I stedet for sterk syrehydrolyse, kan cellulosefibre behandles med et oksidasjonsmiddel (perjodat), kløyving C2-C3 binding i Anhydro D-glukopyranose-rester for å danne 2,3-dialdehyd-enheter uten vesentlige sidereaksjoner ^18,19. Disse delvis oksyderte fibre kan anvendes som et verdifullt mellomliggende materiale for å fremstille nanopartikler som bærer både amorfe og krystallinske områder (hårete nanokrystallinske celluloser) ved hjelp av utelukkende kjemiske reaksjoner uten noen mekanisk skjærkraft eller ultralydbehandling ^20. Når den partielle oksidasjonsgraden DS <2, oppvarming oksyderte fibre resulterer i tre grupper av produkter, nemlig fibrøs cellulose, vann dispergerbar dialdehyd cellulose nanowhiskers kalt sterisk stabiliserte nanocrystalline cellulose (SNCC), og oppløst dialdehyd modifisert cellulose (DAMC), som kan isoleres med nøyaktig kontroll over biløsningsmiddel tillegg og forbigående sentrifugering ^21.

Å utføre kontrollert kloritt oksydasjon på de delvis oksyderte fibre omdanner nesten alle aldehydgruppene til karboksylgrupper enheter, som kan introdusere så høy som 7 mmol COOH-grupper per gram av nanocrystalline cellulose avhengig av aldehyd innhold ¹⁸ </sup>, som fungerer som stabilisatorer. Disse nanopartikler kalles electrosterically stabilisert nanocrystalline cellulose (ENCC). Videre har det blitt bekreftet at myke lag av ladede hår-lignende utstikkende kjedene finnes på ENCC ^17. Dette materialet har blitt brukt som en svært effektiv adsorbent for å absorbere tungmetallioner ^22. Ladningen av disse nanopartiklene kan kontrolleres nøyaktig ved å regulere reaksjonstiden perjodat ^23.

Til tross for kjente oksidasjonsreaksjoner av cellulose, er produksjonen av SNCC og ENCC aldri blitt rapportert av andre forskningsgrupper mest sannsynlig på grunn av separasjons utfordringer. Vi har vært i stand til å syntetisere og isolere forskjellige fraksjoner av nano ved nøyaktig å utforme reaksjons- og separasjonstrinn. Denne visuelle artikkelen viser med full detalj hvordan du reproduserbart forberede og karakterisere de nevnte nye nanowhiskers bærer både amorfe og krystallinske dels fra trefibre. Denne opplæringen kan være en ressurs for aktive forskere innenfor områdene mykt materiale, biologiske og medisinske fag, nanoteknologi og nanofotonikk, miljø og teknikk, og fysikk.