海洋所在天然多糖功能材料研究方面取得新進展
近日,中國科學院海洋研究所實驗海藻化學與海洋藥物研究團隊在天然多糖功能材料研究方面取得新進展。團隊成功從羽藻目綠藻強壯硬毛藻?Chaetomorpha valida?中提取出一種結構獨特、富含阿拉伯糖的硫酸化雜多糖(CVP),該多糖可溶于水形成具備自修復與熱響應特性的天然水凝膠(CVG)。該材料性能可調、來源天然,兼具良好的生物相容性和加工適應性,在食品、生物醫(yī)藥和化妝品等多個領域展現(xiàn)出廣泛應用潛力。相關研究成果以“A sulfated arabinose-rich polysaccharide hydrogel from Chaetomorpha valida: preparation,properties and mechanisms”為題,發(fā)表于國際生物高分子材料期刊?International Journal of Biological Macromolecules。
CVP是首個發(fā)現(xiàn)的具有凝膠形成能力的富含阿拉伯糖的硫酸化多糖。該多糖具有“三重智能”凝膠行為。CVP水溶液在無需外加交聯(lián)劑的條件下,僅憑分子間氫鍵和物理纏結作用,即可在室溫下自組裝形成穩(wěn)定三維網(wǎng)絡結構,形成自支撐水凝膠(CVG),展現(xiàn)出良好的熱響應性和自修復能力。流變學表征,CVG經(jīng)歷高速剪切破壞后,能在10秒內迅速重組分子網(wǎng)絡,恢復90%左右的儲能模量,顯示出優(yōu)異的自愈性能。同時,細胞實驗驗證了其良好的生物相容性,為其在醫(yī)療與組織工程領域的應用奠定了生物安全基礎(圖1)。
為進一步提升水凝膠的機械強度與熱穩(wěn)定性以適應復雜應用場景,研究團隊引入硼酸鹽交聯(lián)策略,成功制備出增強型水凝膠(CVBG)。通過調控硼酸鹽濃度,材料的結構致密性、熱穩(wěn)定性及力學強度均實現(xiàn)顯著提升。結構機制研究表明,CVG的穩(wěn)定性主要來源于多糖鏈之間的氫鍵及潛在的三重螺旋結構協(xié)同作用;而在CVBG體系中,硼酸鹽與多糖羥基間形成的B–O共價鍵是實現(xiàn)網(wǎng)絡增強的關鍵(圖2-3)。
該項研究不僅豐富了天然多糖水凝膠的結構與功能體系,也為其在多個領域的實際應用奠定了基礎。未來,該材料有望廣泛應用于食品添加劑、3D生物打印墨水、可注射組織工程支架、智能傷口敷料、化妝品保濕載體等方向。

圖1?新型綠藻多糖衍生水凝膠:提取、交聯(lián)、表征到功能實現(xiàn)

圖2?綠藻多糖的三維結構表征

圖3?綠藻多糖衍生水凝膠的微觀結構及成膠機制探究
本論文由中國科學院海洋研究所博士研究生冷月洋為第一作者,王晶研究員與張全斌研究員為共同通訊作者。研究得到了國家自然科學基金與山東省重點研發(fā)計劃等項目支持。
相關論文:
Yueyang Leng,Jing Wang*, Ning Wu, Yang Yue, Lihua Geng, Quanbin Zhang*. A novel sulfated arabinose-rich polysaccharide hydrogel from Chaetomorpha valida: preparation, properties and mechanisms. International Journal of Biological Macromolecules, 2025, 317: 144872.
原文鏈接:
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.144872
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