牟楷文 刘卓燕 周景蓬 张凤山 张 玥 陈守刚 查瑞涛

(1.中国海洋大学材料科学与工程学院,山东青岛,266100；2.上海交通大学图书馆,上海,200240；3.山东华泰纸业股份有限公司,山东东营,257335；4.国家纳米科学中心,北京,100190)

纳米纤维素的研究进展:2001～2015年收录文献检索分析

牟楷文1刘卓燕2周景蓬3张凤山3张 玥1陈守刚1查瑞涛4,*

(1.中国海洋大学材料科学与工程学院,山东青岛,266100；2.上海交通大学图书馆,上海,200240；3.山东华泰纸业股份有限公司,山东东营,257335；4.国家纳米科学中心,北京,100190)

纳米纤维素具有可再生性、可生物降解性等优点,是当前纳米技术领域的研究热点。文章对有关纳米纤维素的相关论文、专利和国家自然科学基金资助项目情况进行了统计,分析了国内纳米纤维素的研究进展,以期为纳米科学领域的研究人员提供参考。检索关键词为纳米微晶纤维素、纳纤化纤维素、微纤化纤维素、细菌纤维素,检索时间范围为：2001.01～2015.10。研究结果表明,2011年后,纳米纤维素研究发展迅速,论文发文量呈快速上升趋势,并进入技术成长期；2010年后,相关专利申请数量稳步上升,纳米微晶纤维素和细菌纤维素的相关专利数量增长明显；2011年,国家自然科学基金相关项目的申请数量快速增多。

纳米纤维素；纳米微晶纤维素；纳纤化纤维素；微纤化纤维素；细菌纤维素

纳米纤维素是从天然纤维素中分离出来的纳米级的生物质基高分子材料,具有来源广、价格低廉、无毒、生物相容性好、高杨氏模量、高拉伸强度、高结晶度和可生物降解等优点,同时还具有纳米材料的高比表面积、高反应活性、小尺寸效应、量子隧道效应等特性[1]。纳米纤维素在生物、医学、造纸工业、食品工业和磁性复合物等方面都有广泛的应用前景[2]。通常,人们所说的纳米纤维素包括：纳米微晶纤维素、纳纤化纤维素、微纤化纤维素和细菌纤维素。

纳米微晶纤维素(Nanocrystalline cellulose,NCC)是指天然植物纤维在一定条件下经过水解得到的聚合度达到极限聚合度、尺寸在纳米级别的纤维素产品。纳米微晶纤维素呈针状,直径在几纳米到30 nm之间,长度在100～300 nm之间。生产纳米微晶纤维素的主要原料是由天然木材制得的漂白纸浆和由棉花制得的棉浆溶解浆[3- 6]。

纳纤化纤维素(Nanofibrillated cellulose,NFC)主要通过TEMPO诱导氧化和机械处理得到的直径在纳米尺度内的纤维素材料。目前，其主要应用于复合膜、纸和纸板添加剂、吸附剂等领域[7]。

微纤化纤维素(Microfibrillated cellulose,MFC)是由天然木质纤维通过化学和机械处理得到的直径在微米和亚微米尺寸的纤维素材料。微纤化纤维素与传统纸浆和植物纤维素有显著的区别,性质接近于纳纤化纤维素,因此，也归属纳米纤维素的研究范畴。国外对微纤化纤维素的研究已经近30年,斯道拉恩索集团的相关产品也已面世,而我国相关的研究报道则较少[8]。

细菌纤维素(Bacterial cellulose,BC)指在细菌培养过程中形成的白色凝胶状纤维膜,其分子结构与天然纤维素相同,目前研究最多的是木醋杆菌(Aceto-bacterxylinum)纤维素[9]。细菌纤维素具有高的结晶度、高的持水性、超细纳米纤维网络、高的抗张强度和弹性模量等,成为近年来国际上新型生物医学材料的研究热点[10]。

本研究采用文献计量学方法，针对纳米纤维素的研究进展进行定量分析,检索词包括：纳米微晶纤维素、纳纤化纤维素、微纤化纤维素和细菌纤维素。检索的数据分别来源于中国期刊网、万方数据库、SCIE数据库、EI数据库、国家知识产权局和国家自然科学基金官网数据。通过检索国内外的期刊文献和专利文献,了解国内纳米纤维素的整体发展趋势,分析该学科领域高产的科研机构、科研人员发文情况,了解该领域的国家自然科学基金项目的申请情况。

1 资料和方法

1.1 资料来源

检索时间范围：2001.01～2015.10。

中文期刊文献检索数据库：中国期刊网、万方数据；英文期刊文献检索数据库(针对国内作者和国内研究机构)：SCIE数据库、EI数据库；专利和国家自然科学基金项目的信息来源：国家知识产权局和国家自然科学基金官网。

检索关键词：纳米微晶纤维素(Nanocrystalline cellulose),纳纤化纤维素(Nanofibrillated cellulose),微纤化纤维素(Microfibrillated cellulose),细菌纤维素(Bacterial cellulose & nano)。

检索文献量：902篇，其中，来自中文期刊文献检索数据库428篇，来自英文期刊文献检索数据库474篇。

图2 中文数据库2001～2015年收录关于纳米纤维素文献的主要发文机构及其研究领域分布图

1.2 入选标准

纳入标准：①中国国内科研机构与学者经同行评议的纳米纤维素研究的已发表文章,包括研究原著、综述、会议记录和会议摘要；②在中国国家知识产权局申请的与纳米纤维素相关的专利(包括国外申请者)；③与纳米纤维素相关的国家自然科学基金项目。

排除标准：①与文章内容无关的文献；②未正式发表的文章；③需采用手工检索方式收集的文章。

1.3 分析方法

采用EXCEL软件中的绘图功能,从时间分布、地区分布、机构分布、出版物分布和文献被引频次分布以及发表文献作者等方面对纳米纤维素相关文献进行统计和计量分析。

2 分析与讨论

2.1 中文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素的文献分析

2.1.1 中文数据库的年计量分析

从年度发文趋势来看,关于纳米纤维素的中文文献数量整体上呈现出稳步上升的趋势(见图1),在2001～2015年间，总发文数量为428篇；2005年之前相关文献数量较少,2005年之后相关文献数量逐渐增多,至2011年相关文献数量快速增加,每年发文数量均在50篇以上；2011～2015年间,发文数量达到281篇,占总发文量的65.7%。由此可见,近年来，国内对纳米纤维素的研究较多。

图1 中文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素的中文文献产出年度分布

2.1.2 纳米纤维素4个分学科的中文文献年计量分析

表1显示了2001～2015年收录的关于纳米纤维素4个分学科的中文文献数量。从分学科来看,4个分学科的中文文献数量差别不是很大,其中,微纤化纤维素的文献数量相对较多。

表1 2001～2015年收录的关于纳米纤维素

注 各学科发文量所占比例均对发文总量428篇而言；各学科发文量之和大于发文总量，这是由于有文献涉及多个细分技术，分别在细分技术中进行了统计，但在发文总量内不进行重复统计，下同。

2.1.3 关于纳米纤维素文献的发文机构

图2显示了国内纳米纤维素发文数量排名前八的研究机构。其中,华南理工大学发文主要集中在纳米

表2 中文期刊文献检索数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素总被引频次排名前六名的文章

表3 中文数据库2001～2015年收录关于纳米纤维素细分技术发文期刊排名

微晶纤维素、纳纤化纤维素、微纤化纤维素方面；东北林业大学发文主要集中在纳纤化纤维素、微纤化纤维素方面；东华大学发文主要集中在细菌纤维素方面。发文较多的其他机构还有中国科学院广州化学研究所、天津科技大学、福建农林大学、北京大学等。

2.1.4 关于纳米纤维素的高被引频次文章

按照中国期刊网中的被引频次,选取被引频次较高的文献,结果列于表2中。从表2可以看出,叶代勇所著的“纳米纤维素的制备”被引频次达122次,李小芳等所著的“一种棒状纳米微晶纤维素的物性研究”被引频次达61次,王能等所著的“纳米微晶纤维素表面改性研究”被引频次达52次。

图3 中文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素的高产作者细分技术分布情况

2.1.5 关于纳米纤维素的高产作者

通过对相关文献的作者进行分析(见图3),东北林业大学材料科学与工程学院刘志明、华南理工大学材料科学与工程学院丁恩勇、福建农林大学材料科学与工程学院黄彪发文数量排名靠前。刘志明的文章主要集中在纳纤化纤维素,丁恩勇的文章主要集中在纳米微晶纤维素,黄彪的文章主要集中在纳米微晶纤维素和纳纤化纤维素。北京大学深圳研究院奚廷斐和天津科技大学生物工程学院贾士儒教授的研究主要集中在细菌纤维素。

2.1.6 关于纳米纤维素文献的期刊来源

对刊登纳米纤维素文献的期刊进行了统计，结果见表3。从表3可知,2001～2015年，《林产化学与工业》和《纤维素科学与技术》刊登关于纳米纤维素的文献较多,其中,《林产化学与工业》发文16篇,主要刊登关于纳米微晶纤维素、纳纤化纤维素和微纤化纤维素方面的文献；《纤维素科学与技术》发文15篇,主要刊登关于微纤化纤维素和细菌纤维素方面的文献；《纸和造纸》发文13篇,主要刊登关于纳纤化纤维素和微纤化纤维素方面的文献；《材料导报》发文10篇,主要刊登关于细菌纤维素方面的文献；排名前五的期刊共发文53篇,占总发文量的12.4%。

2.2 英文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素的文献分析

2.2.1 英文文献年计量分析

国内作者在英文期刊上发表关于纳米纤维素文献的情况如图4所示,SCIE数据库和EI数据库检索的文献总量为474篇。在2010年之前,相关文献发文数量增长缓慢；在2011年后，发文数量快速增多；2011～2015年间，共发文413篇,占总发文量的87.3%。由此可见,国内研究人员对纳米纤维素的研究越来越重视,并积极开展该领域的国际学术交流与合作。

图4 英文数据库2001～2015收录的关于纳米纤维素的英文文献产出年度分布

2.2.2 纳米纤维素4个分学科的英文文献年计量分析

表4显示了英文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素4个分学科的英文文献数量。从分学科来看,关于纳米微晶纤维素的文献数量最多,达到了228篇。关于纳纤化纤维素和微纤化纤维素的文献数量差别不是很大,关于细菌纤维素的文献相对较少。

2.2.3 关于纳米纤维素英文文献的发文机构

对关于纳米纤维素英文文献的发文机构进行了分析(见图5)。由图5可知,排名靠前的有华南理工大学、四川大学、北京林业大学、东北林业大学、东华大学。华南理工大学发文52篇,排名第一,占总文献量的10.9%,研究领域主要集中在纳米微晶纤

表4 2001～2015年收录的关于纳米纤维素维素、纳纤化纤维素、微纤化纤维素方面；四川大学发文32篇,排名第二,占总文献量的6.7%,研究领域主要集中在纳纤化纤维素方面；北京林业大学和东北林业大学各发文29篇,并列第三,占总文献量的6.1%,研究领域主要集中在纳米微晶纤维素方面；东华大学发文24篇,占总文献量的5.1%,研究领域主要集中在细菌纤维素方面。排名前五的研究机构总发文166篇,占总文献量的35.0%,可见,在纳米纤维素研究领域,这5家机构在研究中处于领先地位。

图5 英文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素文献的发文机构及其研究领域

表5列举了一些与国内研究机构有合作关系的国外研究机构。关于纳米纤维素的英文文献，加拿大纽布伦斯威克大学发文19篇,其与天津科技大学合作文献8篇；美国林产品实验室与华南理工大学、中南林业科技大学等有合作；美国佐治亚理工学院与四川大学合作发表相关文献7篇。在科研人员的国际合作方面,加拿大纽布伦斯威克大学的Ni Yonghao和美国路易斯安那州立大学的Wu Qinglin与国内合作较多。

表5 国内外合作研究机构英文文献发文情况

图6 英文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素的高产作者细分技术分布情况

图7 英文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素的英文期刊

排名题目作者来源被引频次1Synthesisandcharacterizationofhydroxyapatite-bacterialcel-lulosenanocomposites[17]WanYZ(万怡灶),HongL,JiaSR,etalCompositesScienceandTechnol-ogy1332Biomimeticsynthesisofhydroxyapatite/bacterialcellulosenanocompositesforbiomedicalapplications[18]WanYZ(万怡灶),HuangY,YuanCD,etalMaterialsScience&EngineeringC:BiomimeticandSupramolecu-lar1273Preparation,propertiesandapplicationsofpolysaccharidenanocrystalsinadvancedfunctionalnanomaterials:are-view[19]LinNing,HuangJin,Duf-resneAlainNanoscale1224Individualizationofcellulosenanofibersfromwoodusinghigh-intensityultrasonicationcombinedwithchemicalpre-treatments[20]ChenWenshuai,YuHaipeng,LiuYixing,etalCarbohydratePolymers1115Synthesisofpristineandcarbon-coatedLi4Ti5O12andtheirlow-temperatureelectrochemicalperformance[21]YuanTao,YuXing,CaiRui,etalJournalofPowerSources1066Chemistryandapplicationsofnanocrystallinecelluloseanditsderivatives:ananotechnologyperspective[22]PengBL,DharN,LiuHL,TamKCCanadianJournalofChemicalEngineering99

2.2.4 关于纳米纤维素的高被引频次英文文献

基于英文数据库选取关于纳米纤维素被引频次较高的文献,结果列于表6。从表6可以看出,天津大学Wan Y Z(万怡灶)教授的2篇文献的被引频次最高。

2.2.5 关于纳米纤维素英文文献的高产作者分布

图6显示了英文数据库2001～2015年收录的关于纳米纤维素的高产作者细分技术分布情况。由图6可知,卢灿辉(Lu Canhui，四川大学)发文17篇,主要集中在纳纤化纤维素方面；万怡灶(Wan Yizao，天津大学)发文14篇,主要集中在细菌纤维素方面；杨光(Yang Guang，华中科技大学)发文14篇,主要集中在细菌纤维素方面。

2.2.6 关于纳米纤维素的英文期刊来源

对刊登纳米纤维素方面的英文期刊进行分析,结果如图7和表7所示。由图7和表7可知,排名靠前的英文期刊是《Carbohydrate Polymers》,发文74篇,占总发文量的15.6%；《Cellulose》,发文50篇,占总发文量的10.5%；《RSC Advances》,发文24篇,占总发文量的5.1%,以上期刊对4个细分技术领域均有涉及。《Bioresources》,发文28篇,占总发文量的5.9%,主要涉及纳米微晶纤维素、纳纤化纤维素和微纤化纤维素。排名前六的英文期刊总发文205篇,占总发文量的43.2%,发表了该领域多数的科技文献。除《Journal of Applied Polymer Science》(影响因子小于2,学科分区在Q2)外,上述英文期刊的影响因子均大于3,学科分区都在Q1。

表7 2014年部分英文期刊影响因子及学科排名

图8 纳米纤维素分学科专利产出年度分布

2.3 专利文献分析

2.3.1 学科发展趋势专利分析

根据从我国国家知识产权局获得的相关专利,统计分析了与纳米纤维素相关的专利文献,分析结果如图8所示。由图8可知,总体上,有关纳米纤维素的专利申请在2010年后开始稳步上升,其中，关于纳纤化纤维素和微纤化纤维素的相关专利增长不多,但是关于纳米微晶纤维素和细菌纤维素的相关专利数量却增长迅速。

2.3.2 专利申请人分析

对有关纳米纤维素的相关专利申请人(见表8)进行分析,发现针对纳米微晶纤维素,丁恩勇的相关专利较多；针对纳纤化纤维素和微纤化纤维素,秦昀昌的相关专利较多；针对细菌纤维素,张迎晨的相关专利较多。

2.3.3 专利申请机构分析

从专利申请机构方面分析(见表9),华南理工大学、浙江理工大学、东华大学、天津大学等高校研究机构在纳米微晶纤维素和细菌纤维素分学科方面申请专利较多。

2.4 2001～2015年国家自然科学基金项目中有关纳米纤维素项目的分析

2.4.1 申请项目趋势

检索有关纳米纤维素的国家自然科学基金项目(见图9和表10)发现,2006年才开始有纳米纤维素的基金项目,至2015年共查询到72项,其中,2011年后有关纳米纤维素的国家自然科学基金申请项目数量才迅速增多；2011～2015年间相关基金项目共有64项,占总项目量的88.9%。

表8 纳米纤维素分学科专利申请人排名

表9 纳米纤维素分学科专利申请机构排名

2.4.2 申请机构和申请人数

分析查到的有关纳米纤维素的72项国家自然科学基金项目中,从表10可以看出,华南理工大学叶代勇最早于2006年申请了有关纳米纤维素的国家自然科学基金项目；2007年,天津大学万怡灶开始申请基金项目；2008年,海南大学林强开始申请基金项目。从表11可以看出,东北林业大学、华南理工大学、南京林业大学申请的国家自然科学基金项目数量最多,各有5项,并分别由5位申请人各自主持。关于纳米纤维素的国家自然科学基金申请中,东北林业大学、华南理工大学和南京林业大学处于领先地位。

图9 有关纳米纤维素的国家自然科学基金项目申请数量年度分布

表11 有关纳米纤维素的国家自然科学

3 结束语

近15年来，纳米纤维素的研究发展迅速,科技文献量以及参与该主题研究的科研人员呈逐年上升的趋势。2011年以后,有关纳米纤维素的研究发展迅速,进入技术成长期,发文量呈快速上升趋势。针对有关纳米纤维素的相关专利分析表明,2010年以后相关专利开始稳步增加,国内部分企业申请了较多的专利。从2011年开始,有关纳米纤维素的国家自然科学基金项目的申请机构数量增长非常快速。

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BiologicalEffectsofNanomaterialsandNanosafety，NationalCenterforNanoScienceandTechnology，Beijing， 100190)

(责任编辑：关 颖)

Research Progress in Nanocellulose

MOU Kai-wen1LIU Zhuo-yan2ZHOU Jing-peng3ZHANG Feng-shan3ZHANG Yue1CHEN Shou-gang1CHA Rui-tao4,*

(1.CollegeofMaterialsScienceandEngineering，OceanUniversityofChina，Qingdao，ShandongProvince， 266100；2.ShanghaiJiaotongUniverisityLibrary，Shanghai， 200240； 3.ShandongHuataiPaperCo.，Ltd.，Dongying，ShandongProvicne， 257335； 4.BeijingEngineeringResearchCenterforBioNanotechnologyandCASKeyLabfor

(*E-mail: chart@nanoctr.cn)

Nanocellulose has became the frontier and hotspots of cellulose science， which is a kind of natural materials with renewable and biodegradable properties. The literatures， NSFC’s foundation projects and patents regarding nanocellulose from 2001 to 2015 were analyzed in order to understand the domestic research progress and application status of nanocellulose， and the search keywords were “Nanocrystalline cellulose， Nanofibrillated cellulose， Microfibrillated cellulose， Bacterial cellulose & nano”. A total of 902 papers during 2001 to 2015 in CNKI， Wanfang Data， SCIE， EI and SIPO were retrieved. The retrieved results showed that the number of articles increased significantly after 2011， and the research on nanocellulose entered fast-growing stage. The number of patents on nanocellulose has gradually increased since 2010， especially for the patents of nanocrystalline cellulose and bacterial cellulose. The number of NSFC foundation projects on nanocellulose increased rapidly in 2011.

nanocrystalline cellulose； nanofibrillated cellulose； microfibrillated cellulose； bacterial cellulose

2016- 04- 07

牟楷文,女；在读硕士研究生；主要研究方向：纤维素抗菌应用。

*通信联系人：查瑞涛,E-mail：chart@nanoctr.cn。

TS72

A

1000- 6842(2016)04- 0055- 09