在新冠疫情时期，有人尝试自制面包，有的人则专注于饮料发酵。康普茶（Kombucha）也成为这股潮流的焦点之一，因为它被视为增强免疫系统的健康饮品，其消费热潮延续至今。新加坡国立大学机械工程学院材料系助教Yu Jun Tan研究团队开发了一种工艺，将康普茶发酵产生的废弃物转化为可持续电子产品。

要启动发酵并得到康普茶饮品，需要一个“SCOBY”，即“细菌与酵母共生培养物”。随着发酵的进行，SCOBY的体积会增大。SCOBY主要由康普茶细菌纤维素组成，这是一种生物聚合物，也是康普茶发酵过程中的废弃副产物。

Yu Jun Tan表示：“这种细菌纤维素是一种坚韧并可完全生物降解的材料。我喜欢在厨房里尝试新事物，酿造康普茶是我最喜欢的实验之一。观察SCOBY的生长，让我亲身体会到这种天然细菌纤维素的形成过程，以及它的坚韧度和广泛适用性。这就是为什么我们选择它作为可持续电子产品的起点。”                                                                                                                                                                           

目前，石油基聚合物已成为电子产品中不可或缺的组成部分。随着人类对现代电子产品的依赖日益加深，电子垃圾的积聚构成了日益严峻的环境问题；鉴于寻找可持续替代材料的需求日益迫切，Tan及其团队决定探索康普茶发酵的残留物——这种可再生的丰富材料通常会被当作垃圾丢弃——作为一种出人意料的环保替代方案。

1：将自酿潮流转化为科研契机

除了细菌纤维素，SCOBY还含有活体微生物——细菌和酵母。为使其成为电子制造的适用基材，研究团队对纤维素薄膜进行纯化处理，使其均匀、稳定且无菌。

Tan表示：“我们只用过氧化氢和小苏打（家庭厨房常见物品）来纯化康普茶纤维素。”借助一种观察尺度达几纳米（比细胞小数百至数千倍）的高性能显微技术，研究团队观察了纯化结果。他们发现，这种细菌纤维素薄膜呈现一种干净、密集排列的纤维素纳米纤维基质，不存在任何活体物质或有机杂质的痕迹。陈毓君对此评论道：“这种简单、环保的清洁工艺效果如此之好，让我们喜出望外。”

对纤维素薄膜进行的力学测试，挑战了学术界对可持续材料的性能水平的假设。研究团队发现，这种经纯化的天然薄膜不仅耐高温、耐高湿，还具有极高的抗拉强度。

Tan及团队将经纯化的纤维素薄膜与黄金结合——黄金是一种优良导电体，兼具化学稳定性和生物相容性。所制成的金电极即使经过弯曲和折叠，其导电图案依然完好无损。他们观察到的机械稳定性通常与合成塑料薄膜而非天然材料相关。Tan表示：“非常开心地发现，发酵罐里培育物质的表现如此出色。”

2：土壤中的生物降解性测试

研究团队希望验证其绿色电子电路的分解速度，以及金成分的不可分解是否影响周围环境。

为此，他们将一个由康普茶细菌纤维素薄膜制成、内嵌镀金电路的装置，埋在一株豇豆旁。这种小型植物因其寿命短、发芽快，常用于植物研究实验室。他们在接下来的两个月里监测该植物的生长情况，将其与周围的无装置对照植物进行对比。  

研究人员观察到，装置中的细菌纤维素成分到第10天时变得半透明，这表明土壤微生物正在快速分解它，而镀金电路在实验结束时仍完好无损。装置旁边的植物生长情况与对照组相似，未显示出任何受压迹象。

Tan介绍，其纤维素薄膜在土壤中自然分解，因此非常适用于本应用后消失而非丢弃的装置。

3：探索实际应用

鉴于其机械强度和生物降解性均获成功验证，研究团队准备进行应用测试。Tan表示：“我们专注于短期或‘瞬态’设备，即找到可在特定时期内工作并在之后安全降解的产品。这可能包括医用贴片、可生物降解的植入物、监测水质或土壤健康的环境传感器，乃至于可在运输过程中追踪新鲜度或温度的智能包装。”

作为概念验证，他们研制出一种用于评估扁平足的压力传感器。他们对比了“正常”步态与扁平足步态所释放的电信号。研究团队发现，所录得的扁平足步态电信号的强度弱于正常步态。该研究团队在其发表于Advanced Science的论文中论述道：“信号减弱是因为整个足部的压力分布更加均匀。”该系统有效区分正常与扁平足状态，确保康普茶衍生物用于实时诊断监测成为可能。

该项研究不仅在于创造环保电子产品，更展现了一种全新的技术思维方式。Tan指出：“通过使用可再生、可生物降解的安全材料，我们可以教育后代：电子产品不一定是垃圾，也不一定对环境造成危害。”

参考文献：

X. Y. Chan et al., From Grave to Cradle: Kombucha Waste for Sustainable Electronics, Advanced Science (2025), DOI: 10.1002/advs.202514521  

*封图来源：NutriScan App via Pixabay

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