同时，CNF气凝胶的这些独特优势为MOF的原位生长提供了理想的基底，可以通过简单的水系仿生共组装方法，将蛋白质功能化的MOF固定在CNF气凝胶中以制造坚固和低密度的生物功能性材料。相比纯CNF气凝胶，所制备的CNF/MOFs混合气凝胶的表面积（mg）增加了九倍，同时保留了湿稳定性和附加的蛋白质生物功能，在药物释放和3D生物测定平台等领域表现出巨大的应用前景。研究成果以“Hierarchicalbuild-upofbio-basednanofibrousmaterialswithtunablemetal–organicframeworkbiofunctionality”为题，发表在材料领域权威期刊《MaterialsToday》上。
01结合碳酸钙的结合和溶解特性，采用简便的冰模板、溶剂交换和空气干燥等简单操作便可得到CNF气凝胶
首先，作者将羧甲基化CNF纤维，藻酸盐溶液和碳酸钙混合，配成溶液，随后在带相反电荷的CNF和藻酸盐的电荷相互作用和Ca2+的交联作用下形成共连续网络，获得CNF水凝胶。
接着，将水凝胶放入普通冰箱中冷冻（-18℃），然后取出并放入丙酮中进行溶剂交换。在将水分交换出来的同时，丙酮会迅速蒸发，使凝胶变得更加多孔。
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值得注意的是，作者的高明之处在于向丙酮中加入一点酸，使其溶解碳酸钙颗粒并释放出CO气泡，增加材料的孔隙率。同时，碳酸钙的溶解还带来另一个好处：释放出能与藻酸盐和CNF交联的钙离子，从而赋予气凝胶优异的湿稳定性和回弹性。最后，只需要在空气中干燥，便可以获得CNF气凝胶。
图1.CNF气凝胶的制备和结构表征
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图2.CNF气凝胶的物理化学性质表征
02通过简单的水系仿生共组装法，便可原位生长MOF制备具有生物功能的CNF/MOFs混合气凝胶
同时，通过模拟自然的生物矿化过程，可以在MOF晶体形成过程中原位掺入和固定不同的生物大分子，如蛋白质，以保护恶劣环境中生物分子的功能性。
而CNF基气凝胶的独特优势为MOF的原位生长提供了理想的基底，可以通过简单的水系仿生共组装方法，将蛋白质功能化的MOF固定在气凝胶基质上以制造坚固和低密度的生物功能性材料。
所得的CNF/MOFs混合气凝胶的表面积为mg，是纯CNF气凝胶的九倍！值得注意的是，CNF/MOFs混合气凝胶同时保留了CNF气凝胶的湿稳定性和功能化MOF附加的蛋白质生物功能。
图3.CNF/MOFs复合气凝胶的制备和表征
03CNF/MOFs复合气凝胶具有可调的生物功能，可用于药物可控缓释和生物测定
为了证明这些生物功能性MOF混合气凝胶在生物医学应用中的潜在用途，作为概念验证，研究人员演示了CNF/MOFs杂化材料在药物可控释放系统中的应用。
由于MOF的pH敏感性，CNF/MOFs杂化气凝胶会响应外部刺激，如轻微的pH变化。伴随着表面生长的MOF的分解，混合气凝胶可以实现固定蛋白质的pH控制释放。
此外，利用高亲和力结合蛋白对3D轻质材料进行生物功能化，将蛋白质固定在气凝胶上可以开发概念验证的基于比色酶联免疫吸附的3D生物测定平台。
图4.具有可调生物功能的仿生CNF/MOFs复合气凝胶。
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