2020年7月27日，东京—由日本研究小组开发的基于激光的技术可以更轻松地降解用于生产生物燃料的植物纤维素。新技术基于一种称为无红外电子激光器(IR-FEL)的激光器，其波长在3至20μm的范围内可调。
由于其致密，刚性的结构，如果不使用诸如微波辐射，水解和超声处理等极端过程，纤维素就难以分解。研究人员知道IR-FEL已用于对各种生物分子进行离解反应。东京理科大学的研究人员川崎隆之说：“到目前为止，这项技术已经在物理，化学和医学的基本领域中使用，但是我们想利用它来促进环境技术的进步。” “ IR-FEL的独特特征之一是它可以诱导分子吸收多光子，并可以改变物质的结构。”
一种基于激光的新型策略，可将纤维素有效降解为有用的产品。由东京科技大学提供。
纤维素是由形成共价键的分子组成的生物聚合物。该聚合物在9.1-，7.2-和3.5-μm波长处具有三个IR带，分别对应于三个不同的键。研究人员通过将IR-FEL的波长调整为这三个波长来辐照粉末状纤维素。当他们使用质谱和同步辐射IR显微镜分析所得的纤维素产品时，他们发现纤维素分子已分解为葡萄糖和纤维二糖(用于生物乙醇生产的前体分子)。纤维素产物以高收率获得，表明这可能是降解纤维素的有效方法。
激光照射研究人员使用的这项技术基于振动模式选择性多光子吸收反应，不需要助溶剂，也不需要高温或高压即可发挥辐照效果。在当前的实验室规模下，一天的操作可以处理数百毫克的固体纤维素样品。
川崎说：“这是世界上第一种通过使用IR-FEL从纤维素中高效获取葡萄糖的方法。” “由于该方法不需要苛刻的反应条件，例如有害的有机溶剂，高温和高压，因此它优于其他常规方法。”
除了产生生物燃料外，纤维素还可以用作生物相容性细胞膜，抗菌片和混合纸材料中的功能性生物材料，从而使这种降解纤维素的方法除绿色能源外，还可能用于医疗保健，技术和工程。川崎很乐观，该团队的方法可用于处理其他木材成分，并提供一种回收森林生物质的方法。
东京科学大学，京都大学，日本大学和立命馆大学的科学家参加了这项研究。该研究发表在《能源与燃料》上。
