PLA–藤本植物纤维素生物复合材料：基于修剪废料的开发、制造及其生物相容性研究，应用于生物医学领域 Celia Pérez-Mu?oz, Fátima Medina, Ana M. Simonet, Miguel Suffo

《Applied Sciences》：PLA–Vine Cellulose Biocomposites from Pruning Waste: Design, Fabrication and Biocompatibility for Biomedical Applications Celia Pérez-Mu?oz, Fátima Medina, Ana M. Simonet and Miguel Suffo

　　摘要 农业食品废弃物的再利用是循环经济中一种有吸引力的策略，用于开发生物基材料。本研究开发了一种PLA-纤维素生物复合材料（PLACEL10），该材料使用从葡萄修剪废弃物（Vitis vinifera，Tintilla de Rota品种）中提取的纤维素制成。纤维素通过依次进行酸处理和碱处理后分离出来，并通过熔融混合法将其加入到PLA中，从而制备出可注塑成型的样品。傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证实了提取过程中非纤维素成分的逐渐去除，而扫描电子显微镜（SEM）显示纤维素在聚合物基体中分布相对均匀。机械性能测试表明，PLACEL10的刚度和抗拉强度高于未经处理的PLA及BCF10对照组，但其断裂伸长率较低。通过hFOB 1.19成骨细胞的MTS试验评估了其生物相容性，结果显示细胞活力高于95%，并在72小时后表现出增殖反应。这些结果表明，从葡萄修剪废弃物中提取的纤维素可以作为PLA的有效增强剂，支持这种农业废弃物作为具有潜在生物医学和包装应用价值的生物基复合材料的原料。尽管目前的提取方法涉及化学处理，不能完全视为绿色工艺，但这种方法为农业废弃物的利用提供了有前景的途径。

1. 引言
随着人口、消费和工业活动的持续增加，固体废物管理已成为一个重大的可持续性挑战。在农业食品领域，废弃物产量庞大，但往往未被充分利用，尽管它们具有巨大的再利用潜力[1,2]。这种情况带来的环境后果包括填埋场堆积、土壤和水资源污染，以及与传统处置方式相关的温室气体排放[1,2,3]。在地中海农业区，葡萄（Vitis vinifera）和橄榄树等作物的修剪废弃物是丰富的木质纤维素生物量来源。这些材料通常通过焚烧或丢弃处理，这种做法不仅会增加大气排放，还会浪费纤维素、半纤维素和木质素等有价值的成分[1,4]。在安达卢西亚，尤其是加的斯省，这一问题尤为突出，因为葡萄种植产生的季节性修剪废弃物大多未得到充分利用。在葡萄修剪废弃物的特定情况下，这种生物质通常被视为低价值废弃物，尽管它具有作为高价值生物制品原料的潜力[4,5]。除了环境负担外，这种情况还意味着经济损失，因为从农业废弃物中回收功能性成分可以支持具有附加工业价值的可持续材料的发展[6]。
从木质纤维素生物质中提取纤维素的方法包括物理、化学、物理化学和生物等多种预处理方法[7]。物理处理通常包括研磨、挤出或超声处理以增加生物质表面积；化学方法常使用硫酸（H2SO4）[8]或硝酸（HNO3）[9]溶解半纤维素，或使用氢氧化钠（NaOH）分解木质素结构并使纤维素膨胀；物理化学方法如蒸汽爆裂和自水解则利用高温和高压对物料进行分级；最后，生物处理利用真菌或酶选择性地降解木质素，同时保留纤维素成分。尽管这些方法被广泛使用，但在效率、成本和环境影响方面仍存在显著局限性[10]。酸水解虽然能有效去除半纤维素，但需要高温，这会导致工业设备严重腐蚀并产生糠醛和羟甲基糠醛（HMF）等有毒降解产物；碱处理可能导致纤维素产量降低，产生污染性残留物，并损失可应用于生物精炼的非纤维素组分（木质素和半纤维素）。此外，由于木质纤维素基质的复杂性和抗性，没有一种预处理方法对所有类型的生物质都同样有效。本研究中采用的双步酸碱处理法易于在实验室层面实施，并已在橄榄修剪废弃物[9]或啤酒糟[5]等农业废弃物上进行了测试。

与传统的生产和消费线性模式不同，循环经济提出了一种更可持续的策略，将废弃物作为二次原料重新引入价值链[5,11]。在此框架下，将农业废弃物转化为增强型生物复合材料尤其具有吸引力，因为它结合了废弃物再利用与生物基材料的发展，适用于高级应用。在生物基聚合物中，聚乳酸（PLA）因其可再生性、生物降解性、加工性和生物相容性而受到广泛关注。因此，PLA已被广泛研究用于包装、增材制造和生物医学设备等领域。然而，纯PLA仍存在缺陷，如韧性较低、生物活性有限以及机械性能不足，无法满足高要求的应用。为此，当前研究越来越多地关注基于PLA的功能性复合材料，通过加入增强剂或活性填料来调整其机械、热学和生物性能以适应高级应用[12]。在生物医学领域，这些限制在临时固定装置和其他可生物吸收支架中尤为重要，因为这些材料需要兼具足够的机械强度和良好的生物相容性。历史上，钛和不锈钢等金属材料因出色的机械强度而在创伤学和骨科手术中得到广泛应用；然而，它们也存在应力屏蔽、可能释放离子等问题，在许多情况下需要二次手术移除[13]。在这种情况下，从农业废弃物中提取的天然纤维素是一种理想的PLA增强剂，因为它可再生、重量轻，能够提高刚度和强度的同时保持复合材料的可持续性。因此，将葡萄修剪废弃物作为PLA增强剂的纤维素来源是一种有前景的策略，有助于开发具有潜在生物医学应用的生物复合材料。这一可能性得益于植物生物质中的木质纤维素结构，其中纤维素嵌入在半纤维素和木质素的复杂基质中[14,15]。因此，需要选择性提取富纤维素组分才能用于复合材料制备。本研究使用Tintilla de Rota品种的葡萄修剪废弃物作为纤维素来源，并将其加入到PLA中，从技术和生物学角度对其进行了评估[14,15]。
除了植物来源的增强剂外，从循环工业过程中获得的生物陶瓷填料也为设计多功能生物材料提供了更多可能性。例如，BBCFiller?是一种通过磷酸化处理从甜菜工业副产品（Carbocal?）中提取的材料，是一种有吸引力的矿物相[16,17]。BBCFiller?富含磷酸钙，其化学和结构与人类骨骼中的矿物相相似。PLA基体、植物来源的纤维素增强剂以及BBCFiller?矿物相的结合旨在模拟骨组织的层状结构，从而获得兼具机械性能和生物活性的材料[18,19]。关于PLA/BCF生物复合材料在肱骨 proximal 骨折板中的应用， recent 研究显示，在10–20%填料含量下，该材料的机械性能和细胞相容性得到改善[18,19,20]。基于此，本研究旨在评估使用来自西班牙加的斯的农业废弃物（特别是葡萄修剪废弃物和韭菜废弃物）作为纤维素来源，开发基于PLA的生物复合材料的可行性和生物学潜力。为此，本研究分析了从原始废弃物中提取纤维素的过程、增强型PLA复合材料的制备及其物理化学、机械和生物学特性。通过这种方法，旨在确定从葡萄修剪废弃物中提取的纤维素是否能有效地增强PLA，并在循环经济框架内实现农业废弃物的再利用。

2. 材料与方法
2.1 原材料与纤维素提取
葡萄修剪废弃物（Vitis vinifera L.，Tintilla de Rota品种）来自西班牙加的斯的Bodegas Luis Pérez公司，经空气干燥至恒重后，使用RETCH SM 200切叶机（Fisher Scientific，马德里，西班牙，14,000转/分钟，1毫米筛网）进行研磨。同时，还使用了来自Frusana园艺中心（Sanlúcar de Barrameda）的韭菜废弃物（Allium ampeloprasum var. porrum），将其切碎并在50°C的烤箱中干燥至恒重（初始含水量87%）。
所用硝酸（65%，Fisher Chemical）、氢氧化钠（97%，Thermo Scientific）和过氧化氢（30%，labkem）均为分析级。初次实验使用7克葡萄修剪废弃物样本，将其置于105毫升8%硝酸（HNO3）中，比例保持为1:15，持续搅拌90°C下4小时。反应后，用聚酯布过滤装置回收固体。用自来水彻底清洗（1.5升）直至pH值与自来水相同，然后干燥（75°C）得到酸处理后的组分（HA）。
酸处理后的组分（HA）随后进行碱处理，使用6%（w/v）氢氧化钠（NaOH）溶液，调整体积以保持与样品重量的1:10比例，在75°C下搅拌处理2小时。再次过滤和清洗（1.75升水）直至pH值与自来水相同，然后干燥（75°C）得到碱处理后的组分（HB组分）。
接着进行实验室规模的漂白处理，使用2%过氧化氢（H2O2），在70°C下保持1:20比例处理一小时。最后用1升水清洗，得到富含纤维素的组分（漂白组分，HBL）。
扩大提取规模后，使用100克葡萄修剪废弃物粉末进行实验。在酸处理阶段，使用5升烧瓶和加热套环及回流冷却系统，在8%硝酸（HNO3，1:20比例）中煮沸4小时；在碱处理阶段，将HA组分重新研磨以改善化学接触，使用6%氢氧化钠与50克酸处理后的物质以1:10比例，在80°C下水浴中处理2小时。
2.2 纤维素表征
使用傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR，UMA-600显微镜，Varian Excalibur系列）对处理后的样品进行官能团分析，分辨率设置为4 cm?1，检测范围为4000 cm?1–400 cm?1。扫描电子显微镜（SEM，Hitachi S-4800，5 kV，金溅射样品）用于形态/分散分析。
所有结果以平均值±标准差表示。分布的正态性通过Shapiro–Wilk检验验证，方差的齐性通过Levene检验验证。显著性差异通过单因素方差分析（one-way ANOVA）及SPSS v29软件后的post hoc检验确定，显著性水平α = 0.05。
2.3 PLA-纤维素生物复合材料（PLACEL10）的制备
在注塑成型之前，PLA和纤维素在Scamex Rehoscam（法国）internal mixer中通过熔融混合工艺混合，得到PLACEL10配方。纤维素含量固定为10 wt%，这一比例与之前关于含功能性填料的PLA基生物复合材料的研究结果一致，类似含量的填料（10–20 wt%）已被成功处理和评估[20]。然后使用Engel Victory 28注塑机（Engel Group，Schwertberg，奥地利）制造标准化狗骨形状的样品。注射温度为173°C，不同加热区的模具温度分别为170°C、168°C和165°C。冷却水温度设定为45°C，压力范围为63.9巴，背压为3巴。材料机械性能通过符合ISO 527-1:2019标准的拉伸试验进行评估[21]。拉伸试验用于测定杨氏模量、抗拉强度和断裂伸长率。试验使用Tinius Olsen H10KS万能试验机（Tinius Olsen，加州圣地亚哥）进行，符合ISO 527-1:2012标准。这些参数提供了有关所开发生物复合材料刚度、抗失效能力和变形能力的信息。细胞活力检测
使用MTS比色法来确定材料是否具有毒性作用或促进细胞增殖。实验中使用了人成骨细胞（hFOB 1.19，CRL-11372，ATCC），这些细胞常用于植入物或医疗器械的生物相容性研究。细胞在含有89 mL DMEM/F12（1X）、10 mL胎牛血清（FBS，Corning）和1 mL抗生素G418（Gibco?）（Fisher scientific，马德里，西班牙）的培养基中培养。培养条件为35°C和5% CO2。在测试前，通过解冻、离心去除保护剂以及用磷酸盐缓冲盐水（PBS）洗涤来确保细胞健康。

纤维素样品和商业对照品（BBC Filler?）在120°C高压灭菌锅中灭菌40分钟。使用96孔板，保持均匀的细胞密度，建立阳性对照（单细胞）和阴性对照（用甲醇处理以诱导细胞死亡的细胞）。

在24小时、48小时、72小时和7天的培养时间后，加入MTS试剂（CellTiter 96? AQueous One，Promega Biotech Ibérica S.L.，马德里，西班牙）。活细胞的线粒体酶将MTS还原为甲苯胺蓝晶体，其吸光度在490 nm处使用Varioskan LUX分光光度计（Mettler Toledo，巴塞罗那，西班牙）进行测量。

为了确保结果的稳健性和可重复性，所有实验均重复三次。获得的数据经过单因素方差分析（ANOVA），以识别实验组与对照组之间的显著差异。当ANOVA显示有显著差异时，应用Tukey的事后检验来比较均值对，从而确定哪些处理方式之间存在差异。在所有分析中，我们将统计显著性阈值设定为p < 0.05。

3. 结果与讨论
本研究采用的方法旨在初步评估从葡萄藤修剪物中提取的纤维素作为PLA基生物复合材料增强剂的可行性。因此，所选的表征技术旨在提供化学组成、微观结构和机械性能之间的初步关联。

在此背景下，本工作旨在初步评估将葡萄藤修剪物中的纤维素加入PLA中的技术和生物学可行性，而不是进行全面的物理化学表征研究。相应地，分析方法侧重于验证纤维素的提取、检查其形态和分散性，并将这些特征与所得生物复合材料的机械响应和体外细胞相容性相关联。更全面的物理化学表征，包括成分、结构、热性能和表面分析，将在未来的工作中进行。

3.1. 纤维素提取
文献报道了从农业残渣中提取纤维素的各种方法，例如啤酒糟[5]、橄榄修剪残渣[9]、芭蕉种植的农工业废弃物[22]或玉米秸秆[23]。在这些方法中，Rodríguez Liébana等人[9]描述的从橄榄修剪残渣中提取纤维素的方法被认为是最适合本研究可用残渣的方法，因此被用于初步试验。

初步筛选从温和的酸处理开始，以去除半纤维素，因为半纤维素对酸水解的抵抗力低于木质素和纤维素。此外，这一步骤会削弱木质素基质，从而在后续的碱性处理中提高纤维素纤维的可获取性[5]。整个过程以过氧化氢漂白步骤结束。对于葡萄藤修剪物，酸处理后的组分（HA）的产率为38%；碱处理后的组分（HB）的产率为43%；最后的漂白步骤得到的组分（HBL）产率为65%。葡萄藤修剪物的总累积产率为10.86%。同样的程序也应用于韭菜样本，总回收率为13.3%。尽管韭菜样本的回收率略高，但其水分含量（87%）显著较高，需要预干燥，这比自然风干的修剪物增加了25–30%的能量成本。因此，选择了葡萄藤修剪物（Vitis vinifera Tintilla de Rota）进行进一步的台架规模实验。

通过FT-IR光谱监测了葡萄藤修剪物的处理过程（图1）。图1. 葡萄藤修剪物及其经过连续酸处理、碱处理和漂白处理后获得的相应组分的FT-IR光谱，以及HA、HB和HBL组分中与纤维素相关的带。在所有阶段都观察到宽范围的O–H伸缩带（3600–3000 cm?1），来自不同的组分（纤维素、半纤维素、木质素）。随着提取的进行，由于木质素去除后纤维素羟基之间的氢键增强，这一带变窄[24][1.1]。这一解释还得到了1750–1600 cm?1区域内与木质素和半纤维素相关的带显著减弱并最终消失的支持，同时与纤维素相关的带增强。与纤维素中的葡糖苷相关的峰值为：1160 cm?1来自C–O反对称桥的伸缩；1102 cm?1的肩部峰归因于C–OH骨架振动；1056 cm?1和1031 cm?1的两个强峰是由于C–O–C吡喃环骨架振动；而891 cm?1的峰归因于β-糖苷连接中葡萄糖之间的糖苷?CH变形和?OH弯曲[25]。

这些光谱变化与先前关于经过连续酸处理和碱处理的木质纤维素残渣的研究一致，其中FT-IR分析显示了半纤维素和木质素的逐步去除以及与纤维素相关的带的相对优势[1,8]。

尽管本研究中未测定Kappa数、α-纤维素含量、残余木质素含量和灰分含量等定量组成参数，但FT-IR观察到的渐进光谱变化支持了非纤维素组分的有效去除和固体组分中纤维素的富集。在本工作的范围内，这种定性方法被认为足以确认提取材料适用于后续的复合材料制备。然而，更详细的组成表征将在未来的研究中非常有用，以建立提取效率、纤维素纯度和增强性能之间的更精确关系。

FT-IR对处理过的葡萄藤修剪物的光谱分析显示，最终漂白产品（HBL）与碱处理后获得的中间产物（HB）之间没有差异。此外，漂白步骤导致产量降低了35%。考虑到提取的纤维素计划作为生物聚合物基质中的填充剂使用，因此省略了漂白步骤。此前已有研究表明，这种未经漂白的纤维素可用于PLA基生物复合材料的开发[26]。

对于处理规模的扩大（7至100克葡萄藤修剪物），使用配备回流冷凝器和加热套的圆底烧瓶作为反应器。虽然该装置缺乏精确的温度控制，但假设反应发生在大约100°C（水的沸点）。此外，生物质与酸溶液的比例需要调整为1:20，以实现反应混合物的适当沸腾。经过七批次的平均产量为26.72% ± 0.98%。碱处理在相同条件下进行，使用更大的烧杯，经过三批次的平均产量为66.6% ± 3.6%。

扩大规模后的酸处理和碱处理所得产品的FT-IR光谱与小规模过程的结果一致（图2），表明成功分离出了类似的纤维素材料。图2. 葡萄藤修剪物及其经过酸处理（HA）和碱处理（HB）后的产品的FT-IR光谱，分别对应于初始（1）和扩大规模（2）过程。小规模（16.34%）和扩大规模（18.09%）的纤维素提取产量比较显示最终产量的增加。

扩大规模的验证（n = 7, 100克批次）证明了可重复性（表1）。表1. 酸处理的扩大规模产量（8% HNO3, 1:20）。ANOVA确认了批次间的同质性（酸处理F = 0.42, p = 0.85；碱处理p = 0.12），证明了试验规模的可重复性。最终产量（18.09%）与橄榄修剪物提取结果（15–20%）[1,8]相当，并超过了香蕉假茎废弃物（8–12%）[22]，这是由于优化了生物质与化学物质的比例。

观察到与纤维素糖苷键相对应的峰强度逐步增加（区域1028–894 cm?1），证实了纤维素的有效分离和纯化。

3.2. 葡萄藤修剪物纤维素的细胞活力检测
在24小时和48小时时，细胞活力超过95%，与最佳健康对照组没有统计学上的显著差异。在72小时时，细胞活力增加到125.84%。这些数据表明纤维素不仅无害，还可能作为促进细胞生长的支撑。
在72小时时，纤维素的增殖性尤为显著（125.8 ± 23.8%，p = 0.03 vs. 对照组；图3），而BBCFiller的基线活力与细胞抑制行为一致。两种材料在48小时内均保持超过95%的活力（符合ISO 10993-5标准[27]），7天后的下降反映了细胞融合而非毒性。

图3. 使用MTS检测在24小时、48小时、72小时和7天后的细胞活力结果。C+: 阳性对照；C?: 阴性对照。观察到的生物学反应可能部分归因于复合材料中纤维素的存在。已知基于纤维素的材料具有亲水性表面和化学功能，可以促进蛋白质吸附和随后的细胞粘附。此外，纤维素的加入可能会影响表面粗糙度和微观结构，这些都是控制细胞-材料相互作用的关键因素。这些特性可以为细胞附着和增殖创造更有利的环境，正如之前关于含纤维素生物材料的研究所报告的[28,29]。因此，观察到的生物行为的改善至少部分可以归因于纤维素相在PLA基质中的存在和分布。

3.3. PLACEL10生物复合材料的制备与表征
注射成型的狗骨头（ISO 527）证明了纤维素的增强效果（表2）。加工后的PLA通常表现出较低的硬度（挤出后2.4 GPa），而原始材料为3.1 GPa。然而，PLACEL10达到了3.4 ± 0.2 GPa，比加工后的PLA提高了41.7%，比PLA + BCF10（BCF10）对照组提高了25.9%，证实了纤维素是一种非常有效的天然增强剂。表2. 机械性能（平均值 ± 标准差，n = 5）。在拉伸强度测试中，PLACEL10（65 ± 3 MPa）显著超过了加工后的PLA（56.3 MPa，+15.6%）和BCF10对照组（54 ± 4 MPa，+20.4%；表2）。虽然商用BBCFiller?相对于加工后的PLA显示出最小的增强效果，但源自葡萄藤的纤维素提供了实质性的机械增强。

正如预期的那样，由于刚性纤维的增强，PLACEL10的断裂伸长率从4.8%（加工后的PLA）降低到2.1 ± 0.6%（表2），使得材料更加脆但显著更硬更强。PLACEL10的杨氏模量（3.4 GPa）超过了之前的骨科板研究中的BCF10[16]，突显了纤维素的协同效应。

在纤维素提取过程中应用的连续酸处理和碱处理可能会影响纤维的结构完整性，从而影响其在PLA基复合材料中的增强行为。虽然这些处理促进了半纤维素和木质素的去除，提高了纤维素的纯度和与聚合物基质的界面相容性，但过于苛刻的条件可能导致纤维素结构的部分降解。在本研究中，观察到的PLACEL10的硬度和拉伸强度增加表明，所应用的处理保留了能够在PLA基质中有效发挥增强作用的纤维素组分。

此外，纤维素的结晶度是一个相关参数，它可以影响PLA基复合材料的机械性能，因为它影响硬度、强度和与聚合物基质的界面相互作用。尽管本研究没有直接评估结晶度，但获得的机械结果表明提取的纤维素保持了有助于增强的结构。未来的工作应包括结晶度分析（例如通过X射线衍射），以更好地确定纤维素结构与复合材料性能之间的关系[30,31]。同样，补充的表征技术如X射线衍射（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）和接触角测量将提供对开发系统的更全面理解。XRD有助于明确纤维素的结晶组织及其对复合材料增强的可能影响，而DSC和TGA将提供有关纤维素加入后的热转变和热稳定性的相关信息。同样，接触角分析对于评估表面润湿性也很有用，特别是在考虑其预期的生物医学应用及其对细胞-材料相互作用的影响时。尽管这些分析超出了本可行性研究的范围，但它们代表了深化PLA-纤维素生物复合材料结构-性质关系的重要下一步。扫描电子显微镜（SEM）分析（图4）揭示了各个加工阶段的形态演变。原始的葡萄藤修剪物显示出直径约为50–100 μm的粗纤维束。提取后，纤维素呈现出更细的微纤维结构（约5–20 μm的表观直径），并具有典型的粗糙表面纹理。在PLACEL10中，纤维素增强剂在10 wt%的掺量下主要呈现出均匀分散的状态，几乎没有聚集现象，这与BCF10对照组中明显的BCF聚集形成对比。还观察到纤维素羟基与PLA酯基团之间的界面润湿性有所增强。图4. 扫描电子显微镜（SEM）显微图像显示：(a) 原始葡萄藤修剪纤维，具有粗纤维束（约50–100 μm直径）；(b) 提取后的纤维素微纤维（约5–20 μm表观直径），具有典型的粗糙表面纹理。刻度尺：50 μm。SEM图像中观察到的纤维素在PLA基体中的相对均匀分布表明增强剂和聚合物相之间的应力传递有效，这与刚度和抗拉强度的提高是一致的。相反，没有明显的聚集现象表明加工过程使得增强剂得到了充分的分布，这是木质纤维素复合材料机械性能的关键因素。

从生物医学的角度来看，适当的机械性能和良好的生物反应表明这些材料可能适用于需要临时机械支撑的应用，例如可生物降解的固定装置。然而，还需要进一步的研究来评估其长期降解行为和体内性能。

3.4. 讨论：CE技术前景
本研究开发的纤维素提取工艺的总回收率约为18%，这与文献中报道的类似木质纤维素残留物（如橄榄修剪物和啤酒糟[1,5]的回收率相当。与某些包含漂白步骤的方法不同，本方法省略了这一步骤，从而避免了材料的显著损失，并保持了适合复合材料制造的富含纤维素的部分。本研究中应用的酸性和碱性处理顺序与已建立的分级策略一致，在酸性条件下半纤维素优先溶解，而在碱性条件下逐渐去除木质素。在这种方法下，获得了具有适当性能的纤维素组分，可用于PLA基生物复合材料的增强。

开发的PLACEL10生物复合材料与BCF10配方相比表现出更好的机械性能，这归因于纤维素相的增强作用及其在PLA基体中的相对均匀分布（通过SEM观察到）。这些结果表明，来自葡萄藤修剪物的纤维素可以作为PLA基复合材料中的有效天然增强剂。此外，生物学结果显示在72小时时细胞存活率超过125%，这与先前关于含纤维素复合材料中细胞-材料相互作用良好的研究结果一致[6]。从更广泛的角度来看，使用当地可获得的农业残留物作为纤维素来源是一种有吸引力的替代方案，可以替代来自工业副产品的矿物填料，有助于开发更可持续的生物复合材料系统。

虽然葡萄藤修剪物的综合利用具有明确的可持续性优势，但目前的纤维素提取路线还不能被视为完全环保的，因为它需要酸性和碱性处理，消耗大量水，并产生废弃化学品流。在本研究中，提取出的固体在干燥并掺入PLA之前经过了彻底洗涤，以确保最终生物复合材料中不含来自提取阶段的游离残留试剂。此外，由于漂白步骤对预期应用没有明显优势且会导致整体产率显著降低，因此未在最终工艺中保留该步骤。因此，当前方法的环境效益主要应从农业废弃物利用的角度来理解。未来的工作应致力于减少试剂消耗、实施回收策略、改进废水管理，并进行生命周期评估，以更好地评估该工艺的环境性能。

4. 结论
本研究证明了使用Tintilla de Rota品种的葡萄藤修剪物作为纤维素来源来开发PLA基生物复合材料的可行性。顺序化学处理成功分离出了富含纤维素的组分，并成功将其掺入PLA中制备了PLACEL10复合材料。力学测试显示，PLACEL10的刚度和抗拉强度优于经过处理的PLA和BCF10对照组，证实了提取纤维素的增强效果，尽管断裂伸长率有所降低。SEM观察表明纤维素在PLA基体中的分布相对均匀，这与所获得的机械性能一致。生物学结果显示细胞存活率超过95%，并在72小时时表现出增殖反应，表明该材料在评估条件下的细胞相容性良好。从更广泛的角度来看，这项研究支持了葡萄藤修剪物衍生的纤维素作为PLA复合材料增强剂的潜力，同时促进了农业废弃物的循环经济利用。然而，目前的提取工艺需要酸性和碱性处理，因此不能被视为完全环保的。未来的工作应侧重于优化提取工艺、对原始生物质和提取的纤维素进行更详细的成分表征、评估纤维素的结晶度及复合材料的热行为、分析与生物相互作用相关的表面性质，以及分析长期降解行为和生命周期性能，以更好地确定这些材料的环境和应用潜力。