2025年7月，美国休斯顿大学（University of Houston）机械与航空航天工程助理教授Maksud Rahman及其团队，研发出一种细菌纤维素材料，既具备金属般的强度，又能像纸张一样自然降解，有望为解决全球塑料污染环境难题带来了曙光。相关研究成果2025年7月1日发表在《自然・通讯》上。

流体诱导的2D纳米材料嵌入定向细菌纤维素，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

休斯顿大学机械与航天工程助理教授Maksud Rahman开发了一种将细菌纤维素（一种可生物降解的材料）转化为多功能材料的方法，这种材料有可能取代塑料。

1.材料的“天生优势”与技术突破

 这种细菌纤维素是由汉森新醋酸菌等微生物在细胞壁外生成的生物聚合物，其天然形成的纳米纤维带仅几纳米厚，像魔术贴般紧密结合，原生状态下拉伸强度已能超过400MPa。这种材料本身就具有纯净、多孔的特性，与人体组织化学特性匹配，目前已在临床试验中作为透明伤口敷料使用，能缓解疼痛并加速愈合。Rahman团队的创新之处在于“定向培育”技术：通过定制旋转培养装置，让细菌在透气圆筒内以60rpm的速度持续旋转。定向流体产生的剪切力引导细菌有序运动，使原本杂乱的纤维垫转化为排列整齐的纤维束，强度提升至436MPa，弹性模量达32GPa。这种材料同时具备柔韧性、可折叠性、光学透明性和长期机械稳定性，在1万次机械加载循环后仍能保持结构完整。

2.纳米增强与性能飞跃

为进一步提升材料性能，研究团队采用“纳米嵌入”策略——将六方氮化硼薄片混入细菌培养液。这种二维材料的杨氏模量接近0.8TPa，导热性超过700W・m⁻¹・K⁻¹。当氮化硼纳米片嵌入纤维素纤维网络后，材料强度飙升至553MPa，散热速度也提升三倍。

Rahman强调，这种单步合成工艺具有普适性：“我们可以通过添加不同纳米材料定制特性。”例如混入氧化石墨烯可获得导电性，加入黏土纳米片能实现阻燃效果，整个过程无需额外加工步骤。这种灵活性让材料在包装、电子、医疗等多领域均有应用潜力。

3.应用前景与产业化挑战

在实际应用中，这种材料展现出多元价值：可折叠成一次性水瓶，作为包装内衬替代塑料薄膜，甚至用于柔性电子设备增强。生物医疗领域尤为看好其潜力——它能吸收并缓慢释放液体，非常适合烧伤敷料和组织支架。与传统塑料相比，其最大优势在于环境友好性：在普通堆肥条件下即可降解，且不会释放化石衍生二氧化碳。

不过产业化仍需突破瓶颈：目前实验室日产量仅7.5毫克，工业生产需在保持纤维排列的同时提升产量，还要维持微生物所需的氧气平衡。此外，氮化硼的成本和开采足迹问题也需解决，研究团队计划测试植物衍生纳米纤维等低成本替代材料。Rahman将这项研究视为“材料科学、生物学与纳米工程的交叉典范”。随着技术优化，这种由微生物“定向制造”的材料，有望在未来几年改变塑料主导的产业格局，让“坚固耐用”与“环境友好”不再是矛盾选项。正如他所言：“我们不是在模仿自然，而是引导自然发挥其潜力。”

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