近日，我院费鹏博士课题组在食品领域权威期刊《Food Chemistry: X》（IF=9.2）发表题为《Construction and property characterization of PNIPAAm-grafted chitosan/sodium alginate composite thermo-responsive hydrogel films》的研究论文。该工作通过自由基聚合接枝改性与离子交联协同构建 PNIPAAm 接枝壳聚糖 / 海藻酸钠温敏水凝胶膜，系统阐明接枝改性诱导多糖无定形结构转变、膜网络约束调控温敏相变行为的内在构效关系，为食品智能可视化温度指示包装材料开发提供全新设计思路与制备方案。
研究背景
智能包装能够实时感知食品储运环境变化，是食品包装领域的重要发展方向。其中，温敏响应材料可通过温度变化产生可视化响应，在冷链食品质量监测方面具有广阔应用前景。然而，天然壳聚糖虽然具有良好的生物相容性、成膜性和抑菌性能，但缺乏固有的温度响应特性，高结晶度也在一定程度上限制了其应用范围。研究团队通过将PNIPAAm接枝至壳聚糖分子链，并构建壳聚糖/海藻酸钠复合网络，赋予材料温敏响应能力，进一步探究其结构演变与性能之间的构效关系。
主要研究内容
本研究采用自由基接枝聚合结合离子交联技术制备不同接枝比例的PNIPAAm-CS/SA复合水凝胶膜，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、核磁共振（NMR）及X射线衍射（XRD）等技术对材料结构进行系统表征，并综合评价其温敏响应特性、膜态与前驱液相变行为、光学性能、力学性能、微观结构及抑菌性能，进一步验证其作为智能包装温度指示材料的应用潜力。
核心研究发现
① 成功构建温敏响应复合水凝胶膜。FTIR、XPS及NMR结果证实PNIPAAm成功接枝至壳聚糖分子链。接枝改性破坏了壳聚糖原有晶区及氢键网络，降低了材料结晶度，促进其由半结晶结构向无定形结构转变，为材料性能优化奠定了结构基础。
② 材料具有良好的温度响应特性。 接枝产物表现出30～32 ℃的低临界溶液温度（LCST）。复合成膜后，水凝胶膜仍保持明显的温敏响应特性，其温敏响应起始温度较对应前驱液提高约1 ℃，表明膜网络形成会影响材料的宏观温敏响应行为，为进一步揭示网络结构对温敏响应机制的影响提供了实验依据。
③ 综合性能得到显著提升。接枝改性明显改善了复合膜的光学性能和力学性能，其中PNIPAAm-CS/SA-4最高透光率达到82.81%，显著高于纯CS/SA膜；PNIPAAm-CS/SA-2拉伸强度达到22.6 MPa，同时保持约100%的断裂伸长率，实现了强度与柔韧性的良好平衡。
④ 具备智能包装应用潜力。随着PNIPAAm接枝比例增加，材料抑菌性能虽有所降低，但仍保留对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的一定抑菌活性。进一步的包装模型验证表明，该复合水凝胶膜能够初步实现温度可视化响应，为智能食品包装温度指示材料的开发提供了实验依据。
研究结论与意义
本研究系统阐明了PNIPAAm接枝及壳聚糖/海藻酸钠网络协同作用对复合水凝胶膜结构演变、温敏响应及综合性能的影响，揭示了天然多糖材料功能化改性的结构—性能关系，为智能响应型天然高分子材料设计提供了新的研究思路。研究成果有望应用于食品智能包装、冷链物流温度监测等领域，为推动智能包装材料的发展提供理论支撑和技术参考。
图文赏析
Fig. 1. FTIR, 1H NMR, SSNMR, and XRD spectra of chitosan and PNIPAAm-CS copolymers.
Fig. 2. XPS spectra of chitosan and PNIPAAm-CS copolymers.
Fig. 3. Digital micrographs with ultra-depth of field of chitosan and PNIPAAm-CS copolymers.
Fig. 4. Determination of LCST for chitosan and PNIPAAm-CS copolymer solutions.
Fig. 5. Antibacterial activity of chitosan and PNIPAAm-CS copolymers.
Fig. 6. SEM micrographs of CS/SA and PNIPAAm-CS/SA composite hydrogel films.
Fig. 7. Mechanical properties of chitosan and PNIPAAm-CS/SA composite films.
Fig. 8. Apparent thermo-responsive transition behavior of CS/SA and PNIPAAm-CS/SA precursor systems and hydrated hydrogel films.
Fig. 9. Transmittance of CS/SA and PNIPAAm-CS/SA hydrogel films.
原文链接
本论文第一作者为卢晓雪，闽南师范大学、漳州市食品科学研究院为共同通讯单位。研究工作得到国家自然科学基金（22408148）、中央引导地方科技发展专项（2024L3036）、福建省农业指导性重点项目（2024N0061，2024N0057）、福建省自然科学基金（2023J01154、2025J01971）等项目资助。文章链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590157526006978?via%3Dihub=
