
塑料污染已成为全球环境难题,且其生产还需依赖石油。在当前油价高企的形势下,人们更期待一种不依赖石油原料、更环保的替代材料。一支研究团队开发出新型"细菌纤维素"(Bacterial Cellulose)制造技术,能培育出兼具高强度、柔韧性与良好散热能力的生物材料,其强度甚至接近部分工程塑料与金属材料,未来有望应用于包装、电子产品乃至结构材料领域。
由美国莱斯大学(威廉·马歇尔·莱斯大学)和休斯顿大学合作完成的研究刚刚发表在《自然通讯》(Nature Communications)上。
据每日科学(ScitechDaily)报道,研究人员设计了一种特殊旋转生物反应器,通过控制产生纤维素的细菌朝同一方向生长,使原本杂乱排列的纤维素纳米纤维形成高度有序结构,从而显著提升材料性能。

实验表明,制成的细菌纤维素薄片抗拉强度可达436兆帕(MPa);若进一步加入氮化硼纳米片,强度则提升至553兆帕,同时散热效率提高约3倍。研究人员指出,该材料不仅坚固耐用,还具备透明、可折叠及环境友好等特性。 研究团队指出,通过调整生产过程中的纳米添加剂,未来还可根据不同需求定制材料性能,有望应用于绿色电子产品、热管理系统、纺织品、包装材料及储能设备等领域。
研究主持人穆罕默德·马克苏德·拉赫曼表示,该成果融合了材料科学、生物学与纳米工程技术,展现了生物材料替代部分传统塑料的潜力。不过研究目前仍处于实验室阶段,未来能否大规模量产并具备成本竞争力,仍有待进一步验证。
近年来,细菌纤维素被视为极具潜力的生物材料之一。食品工业中常见的"椰果"(Nata de Coco)其主要成分实为细菌纤维素。其制作过程独特,由特定细菌在发酵过程中自然生成,形似棉花,同属纤维素,但纯度更高、纤维结构更细腻,因而具备卓越的机械性能与生物相容性。此外,细菌纤维素已逐步进入医疗与工业领域,被应用于人工皮肤、伤口敷料、过滤膜及高端包装材料等产品。
研究人员指出,传统细菌纤维素的纤维排列较为杂乱,因此限制了其强度与功能性。本次开发的旋转生物反应器,通过控制细菌移动方向,使纳米纤维在生长过程中形成高度有序结构。换言之,研究团队并非发明全新的材料,而是找到让细菌"排队生长"的方法,进而将原本的细菌纤维素提升为高性能工程材料。
研究团队认为,该工艺不仅提升了材料强度,还为后续导入导热、导电或阻燃等功能性添加剂提供了平台。由于整个生产过程依赖微生物生长完成,相较于石化塑料生产所需的大量能源与化学原料,未来若能实现规模化量产,有望降低对石油资源的依赖,并减少塑料废弃物对环境造成的长期负担。
不过专家也指出,细菌纤维素距离全面取代塑料仍有相当差距,后续仍需克服生产成本、量产效率、防潮性以及长期耐用性等挑战,才能真正进入大规模商业应用阶段。尽管如此,这项研究仍展现出生物材料在高性能制造领域的潜力,未来有望在部分应用上逐步取代传统石化材料。

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