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日本某研究团队开发了一项激光应用技术，可更轻松地降解用于生产生物燃料的植物纤维素。此项技术基于波长调谐范围3-20微米的红外自由电子激光（Infrared-free Electron Laser, IR-FEL)。来自东京理科大学、京都大学、日本大学和立命馆大学的科学家参与了研究，研究结果发表在《能源与燃料》(Energy & Fuels, www.doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c01069)上。
由于纤维素致密、强韧的结构，通常只有在微波辐射、水解、超声波降解等极端手段下才可被分解。红外自由电子激光的一大特点是可以诱发单分子的多光子吸收反应，从而改变物质结构，在此之前已被广泛应用到各类生物分子解离反应中。东京理科大学的川崎高桥（Takayasu Kawasaki）说：“目前红外自由电子激光已经在物理、化学和医药的基础领域得到了应用，但是我们仍想利用它来推动环境技术的进步。”
纤维素是一种由共价键连接的分子组成的生物聚合物，有三个红外吸收波段，分别为9.1、7.2、3.5微米波段，对应三个不同的键。研究人员将红外自由电子激光调制到三个相应的红外波长，照射纤维素粉末，然后使用质谱分析和同步辐射红外显微镜分析得到的产物，发现纤维素分子已经被分解为葡萄糖和纤维二糖。实验结果表明，自由电子激光照射是一种十分有效的降解纤维素方式。
研究人员使用的激光基于振动模式选择多光子吸收，不需要助溶剂和高温高压条件激发。以目前的实验室规模，一天可以处理几百毫克的固体纤维素样品。“这是世界上第一个通过红外自由电子激光从纤维素中高效获取葡萄糖的方法，”川崎说，“由于该方法既不需要有害的有机溶剂，也不需要高温高压等苛刻的反应条件，相较于其他传统方法来说，明显更优。”
除了用于生产生物燃料外，纤维素还可以作为功能性生物材料用于生物相容性的细胞膜、抗菌板以及复合纸材料的生产，因此降解纤维素的方法除了用于绿色能源外，还可能用于医疗、技术和工业等方面。同时川崎乐观的表示，这种降解纤维素的方法也可用于其他木材成分的处理，将为循环利用森林生物量提供新途径。
