來自萊斯大學與休士頓大學的科學家團隊提出了一種以細菌纖維素為基礎的高強度生物材料生產新法，這可能成為石化塑膠的替代方案之一。這項於 2025 年 7 月 2 日發表在《自然通訊》（Nature Communications）的研究，描述了一種可擴展的生物合成技術，讓細菌在受控的流體引導下「構建」材料結構，而非像在自然環境中那樣隨機生長。
本項研究由休士頓大學機械與航太工程系副教授、同時與萊斯大學合作的 Muhammad Maqsood Rahman 領導。論文的第一作者為萊斯大學博士生 M.A.S.R. Saadi，研究團隊還包括 Shayam Bhakta（萊斯大學），以及工程師與材料科學家 Pulickel Ajayan、Matthew Bennett、Matteo Pasquali 等專家。該項目獲得了美國國家科學基金會、林業與社區基金會及韋爾奇基金會等多個美國基金會的資金支持。
技術原理探析
一般而言，細菌纖維素會生長成鬆散且雜亂分布的奈米纖維網，這限制了其強度與承壓能力。在這次的新方法中，研究人員開發了一種旋轉生物反應器，利用流體動力來引導醋酸菌（Gluconacetobacter）的運動軌跡，進而決定其分泌纖維的排列方向。
在受控的流體動力作用下，科學家成功製得單向排列的緻密薄片，其抗拉強度高達約 436 百萬帕（MPa）。若在生長過程中引入氮化硼奈米片製成複合版本，其強度可進一步提升至約 553 百萬帕，材料的熱導率更是普通細菌纖維素的三倍。這項製程採單一步驟，於室溫下即可完成，既不需要使用有毒溶劑，也不受自然發酵環境的限制。
環保特性、性能及應用潛力
這種細菌「紙塑」材料具備生物可降解性，不像大多數合成聚合物那樣需要焚燒或進行熱化學回收處理。此外，該技術可採用相對簡單的培養基，未來甚至能利用農業廢棄物作為發酵營養來源，這為實現可擴展且低成本的生產提供了有力支撐。
科學家預見此新型材料可在以下多個領域發揮作用：
- 包裝領域：可用於取代部分一次性塑膠薄膜與包裝盒；
- 汽車與建築組件：適用於追求高強度與輕量化的應用場景；
- 熱管理元件：例如電子產品中的散熱零件；
- 紡織品與綠色電子：包括柔性螢幕與感測器等產品；
- 能源系統與複合材料：適用於強調耐用性與抗壓性的結構。
發展限制與未來展望
儘管前景看好，該材料目前在產量與成本上尚無法完全取代傳統塑膠。若要實現工業化應用，仍需克服以下挑戰：
- 建立大規模生產線；
- 解決標準化與法規監管問題；
- 在臨床、汽車及工業環境中證明其長期的可靠性。
即便如此，萊斯大學與休士頓大學的團隊仍認為，這項技術是首批能在兼顧環保的同時，不對強度與穩定性妥協的創新之一。他們計劃在未來幾年內與產業夥伴合作開發試驗產線，並針對特定應用領域探索材料的新型改良版本。
