再见塑料？科学家创造了可能改变现代制造的新超材料

据《科技日报》网站（https://scitechdaily.com/goodbye-plastic-scientists-create-new-supermaterial-that-could-transform-modern-manufacturing/）2026年5月19日报道来自美国赖斯大学（RICE UNIVERSITYMAY）的消息，告别塑料的时代即将到来，因为科学家创造出了可能改变现代制造的新型超材料。

细菌纤维素材料

《自然通讯》（Nature Communications）上的一项新研究报告了一种创新的、可扩展的方法，将细菌纤维素工程化为高强度、多功能的材料。

一种新开发的细菌纤维素制造技术可能导致能够取代塑料的强力、多功能材料。如果下一代高性能材料不是来自一个装满石油基塑料的工厂，而是来自活的细菌，会怎么样？

莱斯大学和休斯顿大学的科学家们开发了一种新方法，将细菌纤维素转化为一种超强、多功能的材料，最终可能在从包装到电子产品中取代塑料。他们的研究结果发表在《自然通讯》—— “Flow-induced 2D nanomaterials intercalated aligned bacterial cellulose” by M.A.S.R. Saadi, Yufei Cui, Shyam P. Bhakta, Sakib Hassan, Vijay Harikrishnan, Ivan R. Siqueira, Matteo Pasquali, Matthew Bennett, Pulickel M. Ajayan and Muhammad M. Rahman, 1 July 2025, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-025-60242-1. https://doi.org/10.1038/s41467-025-60242-1

此文描述了一个可扩展的制造过程，引导细菌构建高度组织化的纤维素结构，具有显著的强度和热性能。塑料废物仍然是一个主要的环境问题，因为合成塑料逐渐分解成可以释放有害物质的微塑料，如双酚A（BPA）、邻苯二甲酸酯和致癌物。为了探索更可持续的替代方案，由休斯顿大学机械和航空航天工程助理教授、莱斯大学材料科学和纳米工程兼职助理教授穆罕默德·马克苏德·拉赫曼领导的团队专注于细菌纤维素，这是地球上最纯净和最丰富的天然生物聚合物之一。

“我们的方法涉及开发一个旋转生物反应器，该反应器可以引导生产纤维素的细菌运动，在生长过程中调整它们的运动，”该研究的第一作者、莱斯大学材料科学和纳米工程博士生M.A.S.R.Saadi说。这种排列显著增强了微生物纤维素的机械性能，创造出一种与某些金属和玻璃一样坚固但又灵活、可折叠、透明且环保的材料。

拉赫曼的意图

休斯顿大学机械和航空航天工程助理教授马克苏德·拉赫曼（Maksud Rahman）开发了一种方法，可以将细菌纤维素——一种可生物降解的材料——转化为一种多功能材料，有可能取代塑料。

控制细菌运动以提高材料强度

细菌纤维素纤维通常以随机模式生长，这限制了它们的强度和性能。研究人员在专门设计的生物反应器内使用受控流体动力学，在生长过程中对齐纤维素纳米原纤维，生产出拉伸强度高达436兆帕的片材。

该团队还在合成过程中加入了氮化硼纳米片，创造了一种强度更大的混合材料，约为553兆帕。改性材料还显示出改善的热性能，散热速度比对照样品快三倍。

M.A.S.R. Saadi说:“这种动态生物合成方法能够创造出功能更强的更坚固的材料。该方法允许将各种纳米级添加剂直接整合到细菌纤维素中，使其能够为特定应用定制材料特性。”

多功能生物材料的可扩展平台

“合成过程本质上就像训练一个纪律严明的细菌队列，”萨阿迪解释道。“我们不是让细菌随机移动，而是指示它们朝特定的方向移动，从而精确地调整它们的纤维素生产。这种有纪律的运动和生物合成技术的多功能性使我们能够同时设计对齐和多功能性。”

由于该过程是可扩展的，只需一步即可完成，研究人员认为它可以应用于广泛的行业。潜在的应用包括结构材料、热管理系统、包装、纺织品、绿色电子和储能技术。

拉赫曼补充说:“这项工作是材料科学、生物学和纳米工程交叉领域跨学科研究的一个很好的例子。”“我们设想，这些强力、多功能和环保的细菌纤维素片材将无处不在，取代各种工业中的塑料，并有助于减轻对环境的破坏。”

这项研究得到了美国国家科学基金会（National Science Foundation (2234567））、美国林业和社区捐赠基金（U.S. Endowment for Forestry and Communities，23-JV−11111129-042）和韦尔奇基金会（Welch Foundation C-1668）的支持。

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