細菌也能造材料？新型纖維素強度媲美部分工程塑膠

dalap

細菌也能造材料？新型纖維素強度媲美部分工程塑膠


塑膠污染已成全球環境難題，而且還需要使用到石油，在如今油價高漲的情況，更希望有一種不必依賴石油原料、更環保的替代材料。一支研究團隊開發出一種新型「細菌纖維素」（Bacterial Cellulose）製造技術，能培育出兼具高強度、柔韌性與良好散熱能力的生物材料，其強度甚至接近部分工程塑膠與金屬材料，未來有望應用於包裝、電子產品甚至結構材料領域。


由美國萊斯大學(William Marsh Rice University)、休士頓大學(University of Houston)合作完成的研究，剛剛發表於《自然通訊》（Nature Communications）。

每日科學(ScitechDaily)報導，研究人員設計特殊旋轉生物反應器，控制產生纖維素的細菌朝相同方向生長，使原本雜亂排列的纖維素奈米纖維形成高度有序結構，大幅提升材料性能。

實驗顯示，製成的細菌纖維素薄片，抗拉強度竟可達到436兆帕（MPa）；若進一步加入氮化硼奈米片，強度則提高至553兆帕，同時散熱效率提升約3倍。研究人員表示，這種材料不僅堅固，還具有透明、可折疊及環境友善等特性。

研究團隊指出，透過調整生產過程中的奈米添加劑，未來還能依不同需求客製化材料性能，可望應用於綠色電子產品、熱管理系統、紡織品、包裝材料及儲能設備等領域。

研究主持人拉赫曼（Muhammad Maksud Rahman）表示，這項成果結合材料科學、生物學與奈米工程技術，展現生物材料取代部分傳統塑膠的潛力。不過研究目前仍處於實驗室階段，未來是否能大規模量產並具備成本競爭力，仍有待進一步驗證。

細菌纖維素近年被視為極具潛力的生物材料之一，食品工業常見的「椰果」（Nata de Coco），其主要成分其實就是由細菌纖維素。它的製作過程很特別，是特定的細菌，在發酵過程中自然產生，很類似棉花，都是纖維素，但純度比棉花更高、纖維結構更細緻，因此具備優異的機械性能與生物相容性。此外，細菌纖維素也已逐漸進入醫療與工業領域，被應用於人工皮膚、傷口敷料、過濾膜及高階包裝材料等產品。

研究人員指出，傳統細菌纖維素的纖維排列較為雜亂，因此限制了其強度與功能性。本次開發的旋轉生物反應器，透過控制細菌移動方向，使奈米纖維在生長過程中形成高度有序結構。換句話說，研究團隊並非發明全新的材料，而是找到讓細菌「排隊生長」的方法，進而把原本的細菌纖維素提升為高性能工程材料。

研究團隊認為，這種製程不僅提升材料強度，也為後續導入導熱、導電或阻燃等功能性添加劑提供平台。由於整個生產過程依靠微生物生長完成，相較於石化塑膠生產所需的大量能源與化學原料，未來若能實現規模化量產，將有望降低對石油資源的依賴，並減少塑膠廢棄物對環境造成的長期負擔。

不過專家也指出，細菌纖維素距離全面取代塑膠仍有相當距離，後續仍須克服生產成本、量產效率、防潮性以及長期耐用性等挑戰，才能真正進入大規模商業應用階段。儘管如此，這項研究仍展現出生物材料在高性能製造領域的發展潛力，未來有望在部分應用上逐步取代傳統石化材料。

ilovet