2025年7月，美國休斯頓大學（University of Houston）機械與航空航天工程助理教授Maksud Rahman及其團隊，研發出一種細菌纖維素材料，既具備金屬般的強度，又能像紙張一樣自然降解，有望為解決全球塑料污染環境難題帶來了曙光。相關研究成果2025年7月1日發表在《自然?通訊》上。

流體誘導的2D納米材料嵌入定向細菌纖維素，M.A.S.R. Saadi, Yufei Cui, Shyam P. Bhakta, Sakib Hassan, Vijay Harikrishnan, Ivan R. Siqueira, Matteo Pasquali, Matthew Bennett, Pulickel M. Ajayan 和 Muhammad M. Rahman

休斯頓大學機械與航天工程助理教授Maksud Rahman開發了一種將細菌纖維素（一種可生物降解的材料）轉化為多功能材料的方法，這種材料有可能取代塑料。

1.材料的“天生優勢”與技術突破

 這種細菌纖維素是由漢森新醋酸菌等微生物在細胞壁外生成的生物聚合物，其天然形成的納米纖維帶僅幾納米厚，像魔術貼般緊密結合，原生狀態下拉伸強度已能超過400MPa。這種材料本身就具有純凈、多孔的特性，與人體組織化學特性匹配，目前已在臨床試驗中作為透明傷口敷料使用，能緩解疼痛并加速愈合。Rahman團隊的創新之處在于“定向培育”技術：通過定制旋轉培養裝置，讓細菌在透氣圓筒內以60rpm的速度持續旋轉。定向流體產生的剪切力引導細菌有序運動，使原本雜亂的纖維墊轉化為排列整齊的纖維束，強度提升至436MPa，彈性模量達32GPa。這種材料同時具備柔韌性、可折疊性、光學透明性和長期機械穩定性，在1萬次機械加載循環后仍能保持結構完整。

2.納米增強與性能飛躍

為進一步提升材料性能，研究團隊采用“納米嵌入”策略——將六方氮化硼薄片混入細菌培養液。這種二維材料的楊氏模量接近0.8TPa，導熱性超過700W?m?1?K?1。當氮化硼納米片嵌入纖維素纖維網絡后，材料強度飆升至553MPa，散熱速度也提升三倍。

Rahman強調，這種單步合成工藝具有普適性：“我們可以通過添加不同納米材料定制特性。”例如混入氧化石墨烯可獲得導電性，加入黏土納米片能實現阻燃效果，整個過程無需額外加工步驟。這種靈活性讓材料在包裝、電子、醫療等多領域均有應用潛力。

3.應用前景與產業化挑戰

在實際應用中，這種材料展現出多元價值：可折疊成一次性水瓶，作為包裝內襯替代塑料薄膜，甚至用于柔性電子設備增強。生物醫療領域尤為看好其潛力——它能吸收并緩慢釋放液體，非常適合燒傷敷料和組織支架。與傳統塑料相比，其最大優勢在于環境友好性：在普通堆肥條件下即可降解，且不會釋放化石衍生二氧化碳。

不過產業化仍需突破瓶頸：目前實驗室日產量僅7.5毫克，工業生產需在保持纖維排列的同時提升產量，還要維持微生物所需的氧氣平衡。此外，氮化硼的成本和開采足跡問題也需解決，研究團隊計劃測試植物衍生納米纖維等低成本替代材料。Rahman將這項研究視為“材料科學、生物學與納米工程的交叉典范”。隨著技術優化，這種由微生物“定向制造”的材料，有望在未來幾年改變塑料主導的產業格局，讓“堅固耐用”與“環境友好”不再是矛盾選項。正如他所言：“我們不是在模仿自然，而是引導自然發揮其潛力。”

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