由於化石資源的過度開發和人們對環境問題的日益關注，利用可再生的生物基材料替代傳統的石油基材料已引起重視。纖維素作為世界上儲量豐富的天然高分子化合物，具有可再生、環境友好、生物相容和可生物降解等優點，在紙基材料、食品藥品、紡織化工、光電器件開發等領域有著廣泛的應用。隨著納米技術在木質纖維精煉領域的發展，研究發現利用植物纖維素製備得到的納米纖維素(CNF)材料，除了具有纖維素本身的性質外，還具有納米級尺度、高長徑比、高比表麵積、低熱膨脹係數、優越的機械性能和光學性能等優異特性。其中，CNF水凝膠因其較好的生物相容性、生物可降解性，及良好的力學穩定性成為生物醫學應用領域(如藥物緩釋、傷口敷料、組織工程支架等)的重要材料。

開發具有多重響應性、抗菌性和生物相容性等多功能智能水凝膠是生物材料領域，尤其是纖維素基載藥係統的研究熱點。雖然CNF基水凝膠在藥物緩釋中的應用前景廣闊，但是其藥物釋放初期的突釋問題仍有待解決，且針對特定藥物的緩釋時間也有待進一步提高。

中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員崔球帶領的代謝物組學研究組和天津科技大學科研人員合作，以水溶性廣譜抗生素——鹽酸四環素為模型藥物，基於前期對CNF和聚多巴胺(PDA)複合材料對改善藥物緩釋和促進傷口修複的研究(ZL201710612434.0;Carbohydrate Polymers， 2018， 188， 27-36;ChemistrySelect， 2018， 3， 6852-6858)，構築了一種新型的CNF基載藥包封結構，可實現對藥物的智能可控釋放。研究人員首先製備多孔聚多巴胺納米顆粒(MPDA)，將其對藥物進行負載，然後用氧化石墨烯(GO)對其進行包裹，再將GO包裹的MPDA封裝於由物理交聯作用形成的CNF水凝膠中，製得MPDA@GO/CNF複合水凝膠材料。在該封裝結構設計中(如圖1所示)，GO用於包裹MPDA，既可起到降低藥物突釋、延長藥物緩釋和增強複合水凝膠的作用，又可協同MPDA賦予複合水凝膠近紅外光響應性。此外，CNF提供的3D網絡結構作為第二層的封裝，既有利於進一步降低藥物突釋和延長藥物緩釋，也可起到屏蔽GO本身毒性的作用，使最終的複合水凝膠具有較好的細胞相容性。

研究表明，該複合水凝膠的機械強度是純CNF水凝膠的5倍，其藥物緩釋時間分別是PDA/CNF複合水凝膠和純CNF水凝膠的3倍和7.2倍，且其藥物的可控釋放行為可通過改變MPDA和GO的比例來進行調節。此外，該複合水凝膠材料具有敏感的近紅外光響應和pH響應的可控釋放特性，其藥物緩釋初始階段的突釋性也明顯優於其它同類材料。因此，這種新型的CNF基載藥包封結構的設計，將有利於新型智能載藥材料的開發，並有望替代傳統的石油基材料載藥係統，用於化學和物理治療等。相關研究成果發表在ACSapplied Materials & Interfaces上，青島能源所博士劉瑩瑩和副研究員李濱為論文通訊作者。