《Journal of Natural Fibers》：Green Biomedical and Packaging Materials from Agricultural Waste: Structural and Antibacterial Evaluation of Momordica Charantia Fiber
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本文系统评估了从苦瓜（Momordica charantia）农业废弃物中提取的天然纤维在可持续材料领域的应用潜力。通过X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）等表征手段，证实该纤维具有适中的结晶度指数（52.2%）、良好的热稳定性（降解起始温度390°C）和显著的抗菌活性（对大肠杆菌抑制圈达40 mm）。研究凸显了苦瓜纤维在生物可降解复合材料、抗菌包装和医疗材料等绿色材料系统中的应用价值，为农业废弃物高值化利用提供了新路径。
摘要
研究聚焦苦瓜（Momordica charantia）农业废弃物中提取的天然纤维，通过多维度表征揭示其作为可持续增强材料的潜力。纤维展示出52.2%的结晶度指数（XRD分析），FTIR光谱确认纤维素、半纤维素和木质素等关键组分的存在。力学性能方面，纤维拉伸强度达12.4 MPa，伸长率0.29%（图6）。SEM显示其表面粗糙、原纤化形态，利于纤维-基体界面结合。热分析（DSC）表明纤维在390°C附近开始降解，具备良好热稳定性。尤为突出的是，抗菌实验显示50 μg提取物对大肠杆菌的抑制圈达40 mm，与链霉素标准品相当；CLSM分析进一步证实生物膜形成减少65-70%（图2、3）。这些特性支持苦瓜纤维在可降解复合材料、抗菌包装等领域的应用前景。
引言
联合国可持续发展目标（SDGs）推动全球对可再生生物基材料的探索。天然纤维（如黄麻、大麻）因其可降解、低环境冲击等特性，在复合材料行业应用日益广泛。苦瓜作为常见作物，其非食用部分（茎蔓）常被废弃，本研究通过纤维提取实现农业废弃物增值，避免与粮食资源竞争，符合循环经济理念。
材料与实验方法
纤维提取自印度泰米尔纳德邦的苦瓜茎秆，采用水浸渍（12天）与碱处理（5% NaOH，2小时）相结合工艺（图1）。表征手段包括：XRD（晶体结构）、FTIR（官能团）、拉伸测试（ASTM D3822-14）、SEM（表面形貌）、抗菌测试（琼脂扩散法）、生物膜分析（CLSM）和DSC（热行为）。
结果与讨论
抗菌活性
苦瓜纤维提取物呈现浓度依赖性抗菌效果，50 μg浓度时对大肠杆菌抑制圈达40 mm，接近链霉素（43 mm）水平（图2）。该活性归因于纤维中黄酮、酚酸等生物活性成分。
生物膜分析
CLSM显示纤维提取物处理使细菌存活率降低65-70%，生物膜结构显著破坏（图3）。其抗生物膜效能优于香蕉假茎、黄麻等天然纤维。
XRD分析
纤维在22.869°（2θ）处出现纤维素I特征峰，结晶度指数52.2%（图4）。该数值介于亚麻（60-70%）和椰壳纤维（35-45%）之间，平衡了力学强度与柔性。
FTIR分析
光谱在3547 cm?1（O-H伸缩）、2926 cm?1（C-H伸缩）、1734 cm?1（C=O伸缩）等处的特征峰证实纤维素、半纤维素和木质素的典型官能团（图5）。
力学性能
应力-应变曲线显示纤维断裂强度12.4 MPa，应变0.29%（图6）。其韧性源于半结晶结构中非晶区的能量耗散机制。
SEM显微结构
纤维表面呈现纵向沟槽与微孔结构（直径120±25 μm），粗糙度利于界面粘结（图7）。相较于亚麻的均一结构，苦瓜纤维的微空隙增强了聚合物浸润性。
DSC分析
热曲线显示50-110°C水分蒸发、300-410°C主要组分降解（图8）。390°C的分解峰值表明纤维适用于多数生物可降解聚合物加工温度范围。
结论
苦瓜纤维具备适中的结晶度、良好的力学韧性、显著抗菌性及可接受的热稳定性，可作为环保增强材料用于包装、纺织、生物医学等领域。其从农业废弃物到高值产品的转化路径，为绿色材料开发提供了新范式。
亮点
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苦瓜农业废弃物纤维实现多维度表征
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结晶性与非晶区平衡赋予材料多功能性
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粗糙表面形貌促进纤维-基体结合
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抗菌与生物膜抑制率达65-70%
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适用于可降解复合材料及绿色包装应用
