绿量无穷 | 美研发高强度柔韧生物材料 细菌纤维素可替代塑胶  

（得州30日综合电）塑胶污染是全球环境课题，而且还需要使用到石油，在如今油价高涨的情况，科学家希望研发一种不必依赖石油原料、更环保的替代材料。一支研究团队日前开发出一种新型“细菌纤维素”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胶与金属材料，未来有望应用于包装、电子产品甚至结构材料领域。

兼具高强度散热性能

每日科学网站报道，研究人员设计特殊旋转生物反应器，控制产生纤维素的细菌朝相同方向生长，使原本杂乱排列的纤维素奈米纤维形成高度有序结构，大幅提升材料性能。

有关论究由美国莱斯大学、休士顿大学合作完成，日前发表在《自然通讯》。

实验显示，制成的细菌纤维素薄片，抗拉强度竟可达到436兆帕（MPa）；若进一步加入氮化硼奈米片，强度则提高至553兆帕，同时散热效率提升约3倍。研究人员表示，这种材料不仅坚固，还具有透明、可折叠及环境友善等特性。

研究团队指出，透过调整生产过程中的奈米添加剂，未来还能依不同需求客制化材料性能，可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。

研究主持人拉曼表示，这项成果结合材料科学、生物学与奈米工程技术，展现生物材料取代部分传统塑胶的潜力。不过研究目前仍处于实验室阶段，未来是否能大规模量产并具备成本竞争力，仍有待进一步验证。

细菌纤维素近年被视为极具潜力的生物材料之一，食品工业常见的“椰果”，其主要成分其实就是由细菌纤维素。它的制作过程很特别，是特定的细菌，在发酵过程中自然产生，很类似棉花，都是纤维素，但纯度比棉花更高、纤维结构更细致，因此具备优异的机械性能与生物相容性。此外，细菌纤维素也已逐渐进入医疗与工业领域，被应用于人工皮肤、伤口敷料、过滤膜及高阶包装材料等产品。

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，透过控制细菌移动方向，使奈米纤维在生长过程中形成高度有序结构。换句话说，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，进而把原本的细菌纤维素提升为高性能工程材料。

减塑助降依赖石油原料

研究团队认为，这种制程不仅提升材料强度，也为后续导入导热、导电或阻燃等功能性添加剂提供平台。由于整个生产过程依靠微生物生长完成，相较于石化塑胶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，将有望降低对石油资源的依赖，并减少塑胶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胶仍有相当距离，后续仍须克服生产成本、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发展潜力，未来有望在部分应用上逐步取代传统石化材料。