在塑料廢物日益增加的背景下，一位美國工程師開發了一種單步驟的方法，利用細菌生長出強韌且可生物降解的薄膜。
休斯頓大學機械與航空工程助理教授 Maksud Rahman 率領團隊將細菌纖維素轉化為一種高性能材料，該材料有潛力取代日常使用中的塑料。
這項創新不僅在於材料本身，還在於其製造過程。團隊通過控制細菌在旋轉培養箱內的運動，指導生產對齊的纖維素納米纖維。
最終產生的薄膜既靈活又強韌，應用範圍包括包裝和醫療敷料。
Rahman 表示：「我們預見這些強韌、多功能且環保的細菌纖維素薄膜將變得無處不在，取代各行各業中的塑料，幫助減少環境損害。」
在強化生物塑料方面，細菌纖維素本身已知是自然豐富且可生物降解的，構成了這種新材料的基礎。研究人員還通過在營養溶液中添加氼化硼納米片來增強纖維素薄膜，從而製造出性能顯著提升的混合薄膜。
這些複合薄膜展現出卓越的抗拉強度，達到 553 MPa，並具備優越的熱導電性。根據研究，這些薄膜的散熱速度是未處理樣品的三倍。
Rahman 解釋道：「我們報告了一種簡單、單步驟且可擴展的自下而上的策略，利用流體流動中的剪切力在旋轉培養裝置中生物合成強韌的細菌纖維素薄膜，並製作出對齊的納米纖維和多功能混合納米薄膜。」
來自萊斯大學的博士生 M.A.S.R. Saadi 和研究的第一作者表示：「產生的細菌纖維素薄膜展現出高抗拉強度、靈活性、可折疊性、光學透明度和長期的機械穩定性。」
支持生物實施的萊斯大學博士後研究員 Shyam Bhakta 也參與了這項研究。
這項創新的關鍵在於一種定制的旋轉培養裝置，該裝置呈圓柱形並透氧，能夠在中央軸上旋轉。這種持續的運動產生了方向性的流體流動，促使細菌沿著有序的路徑移動。
Rahman 說：「我們本質上是在引導細菌有目的地行動。與其隨意移動，我們指導它們的運動，使其以有序的方式生產纖維素。」
該研究發表於《Nature Communications》，突顯了向可擴展綠色製造邁出的一大步。
與傳統生物塑料經常需要耗能的加工不同，這種方法利用了簡單的生物原理，並通過機械設計進行增強。
隨著對可持續材料的興趣日益增長，Rahman 的技術可能在各行業中得到廣泛應用，助力減少對塑料的依賴。
團隊相信這種方法可以為各種工業用途開啟新的大門。
Rahman 補充道：「這種可擴展的單步驟生物製造方法，能夠產生對齊、強韌和多功能的細菌纖維素薄膜，將為結構材料、熱管理、包裝、紡織品、綠色電子產品和能源儲存等應用鋪平道路。」
通過結合生物學、材料科學和納米工程，該團隊為可持續的高性能塑料替代品創造了一條可行的道路，無需依賴石油基材料或複雜的化學加工。
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