下一代高性能材料不是來自塑膠工廠，而是來自活細菌？塑膠製品便宜易取得，但在自然界降解緩慢，還會產生微塑膠、釋放雙酚 A 與塑化劑等有害物質。為尋求塑膠替代方案，美國萊斯大學、休士頓大學團隊開發一種全新製程，能將天然細菌纖維素轉化為超強韌與多功能性環保材料，未來有望在包裝、綠色電子產品領域取代傳統石化塑膠。
細菌纖維素（Bacterial Cellulose，BC）是由特定微生物（如：木質醋酸菌）合成的天然高分子聚合物，也是地球最純淨且豐富的天然生物聚合物之一，具高純度、強度、摺疊性、較強保水力等特性。
不過在自然狀態下，細菌纖維素生長通常以隨機不規則模式生長，導致材料本身結構強度與實用效能受限。
為解決此問題，團隊開發一種旋轉生物反應器，透過控制內部流體動力學，能引導生產纖維素的細菌在培養過程向特定方向運動，同時使生長的奈米纖維沿同方向排列，本質上就像訓練一支有紀律的細菌群體，透過「訓練有素」的細菌運動大幅提升材料結構有序性，進而強化材料性能。
團隊單純透過排列控制形成的纖維素片材，抗拉強度可達 436 MPa，已接近部分金屬、玻璃強度等級；而合成過程加入氮化硼奈米片後，團隊進一步創造出抗拉強度更高、約 553 MPa 的混合材料，除展現更好熱性能，散熱速度比對照樣品高 3 倍，同時具備柔軟、可折疊、透明、環保等優勢。
研究人員解釋，這種動態合成方法可以直接於製造過程摻入任何奈米級添加劑，使細菌纖維素在生長階段就實現機械強度調控、熱導性調控、其他多功能性（依需求客製）。
隨著製程技術進一步完善，這類高強度、具散熱效能且環境友善的細菌纖維素材料可廣泛應用於各行各業，潛在應用包括結構材料、包裝、紡織、綠色電子、儲能技術，減少諸多產業對石化塑膠的依賴。
論文發表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊。
（首圖來源：萊斯大學）
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