纤维素是由葡萄糖基重复单元形成的一种天然多糖。除了植物，细菌也能生产纤维素，称为细菌纤维素，并且细菌纤维素有更高的结晶性和独特的超精细纳米网格，赋予自身超强的机械性能。细菌纤维素（Bacterial Cellulose，简称“BC”）是由微生物发酵合成的多孔性网状纳米级生物高分子聚合物，因其由细菌合成而命名为细菌纤维素。它由独特的丝状纤维组成，纤维直径在0.01～0.10μm之间，比植物纤维素（10μm）小2～3个数量级，与植物纤维素的主要差别在于其不含有半纤维素、木质素等。

那么，细菌纤维素能用来干嘛呢？未来会成为材料界的“扛把子”吗？小编就带大家来盘点一下。

颠覆纸吸管！可以吃的细菌纤维素吸管来了

全球每年制造约3亿吨塑料产品，其中很大部分为一次性塑料制品。使用时间仅为几分钟的塑料吸管可能需要几百年的时间才能实现完全降解，影响环境和生态系统。并且，有大量的研究表明塑料制品在使用过程中会持续释放微塑料，威胁人类健康。基于此，中国科学技术大学俞书宏院士、管庆方副研究员合作，利用木葡糖酸醋杆菌合成的纤维素为基础，制备了力学性能优异、耐热、不释放微塑料并且可食用的吸管。

通过木葡糖酸醋杆菌合成的纤维素凝胶纯度相对较高（不含有木质素和半纤维素），其中3D纳米网络还带来高力学性能和水含量（99 wt%）。但是，细菌纤维素的亲水性会造成材料溶胀，降低力学性能。

为了提高材料在湿态下的强度，作者在其表面修饰一层海藻酸钠（后续转化为藻酸钙），同时，海藻酸钠会渗透到细菌纤维素的3D纳米网络的孔隙中，和海藻酸钠之间形成大量氢键，从而形成牢固的连接，不需要胶水，就能通过卷曲得到吸管的形状。将吸管浸入乳酸钙溶液中，海藻酸钠和细菌纤维素可以通过钙离子进行交联，进一步提升力学强度。

这种吸管可以在实验室大量制备，并且海藻酸钠的引入填充了细菌纤维素网络中的孔隙。卷曲后层与层之间没有明显的边界。

细菌纤维素-海藻酸钠膜的抗张强度达到420.5 ± 31.3 MPa（纸张40.8 ± 5.5 MPa），韧性达到23.9 ± 1.7 MJ m−3，是纸张的14倍之多；抗压强度、模量和弯曲强度分别达到25.3 ± 2.7 MPa、474.4 ± 51.0 MPa和35.3 ± 3.9 MPa，远优于传统的纸吸管。即使在湿态下，制备的吸管的弯曲强度也优于表面涂覆疏水层的商用纸吸管。

作者还制备了一系列颜色的细菌纤维素吸管。并且，这种吸管的口感都可以通过加入水果或者蔬菜的提取物加以调节，提升用户体验。在埋入土壤15天后，吸管已开始降解，45天后基本消失，60天后完全不见踪影。

并且由于纸吸管表面粗糙，插入可乐中会造成大量气泡的流失，影响口感，而作者制备的吸管就可以完美避免这个问题。并且在0~95 oC的温度范围内，制备的吸管都能保持稳定，而纸吸管很容易坍塌。更难得的是，这种吸管的成本平均每根只有0.3 分，与塑料吸管（0.2 分）差不多，而纸吸管则达到4 分。因此这种基于细菌纤维素的吸管可以成为吸管中的六边形战士。

受“藕断丝连”启发 中国科学家制出新型仿生手术缝线

从中国科学技术大学获悉，该校俞书宏院士团队基于“藕断丝连”这一自然现象，深入探究了莲丝纤维的微观结构与力学性能，并受此启发研制出了一种可用于手术缝线的仿莲丝细菌纤维素水凝胶纤维。相关研究成果1月5日发表在《纳米通信》上。

研究人员将细菌纤维素（BC）水凝胶加工成具有仿莲丝微米螺旋结构的水凝胶纤维（BHF），该水凝胶纤维兼具较高的强度和韧性，同时具有优异的亲水性和生物相容性。此外仿生螺旋结构还赋予了该材料与人体皮肤相近的弹性，在伤口处受力变形时，BHF可有效缓冲并吸收能量，与人体组织实现同步形变，从而避免割伤伤口造成二次伤害。相对于传统的棉线或聚合物线，水凝胶纤维缝线具有高生物相容性、高含水量、低刺激性和低摩擦阻力等特点，在保护受损组织、促进伤口愈合以及减少不良反应方面都具有显著的优势，因此有望成为下一代新型高端手术缝线。

与高分子链形成的水凝胶不同，具有螺旋结构的BHF是一种由三维纳米纤维网络构成的水凝胶，因此具有独特的力学性能。同时，细菌纤维素水凝胶的三维纳米纤维网络使BHF具有超过90 MPa的高强度。其特有的纤维素纳米纤维网络和仿生螺旋结构为该材料带来了独特的“可拉伸、不回弹”的力学性能，为其在高端手术缝线领域的应用打下了良好的基础。

另外，纳米纤维水凝胶的多孔结构还使BHF能够吸附抗生素或抗炎药物等，并持续在伤口处释放，从而起到抗炎和加速伤口愈合的作用。基于这种仿生设计，BHF有望在更多的医用材料领域上展现出其独特的应用潜力。据悉，目前该材料相关专利已审核通过并获得授权。

细菌织造纤维素：新型氧化石墨烯滤芯制备技术可高效净水

净水过滤装置的一大问题，就是随着时间的推移，细菌会在材料的表面聚集，导致效果逐渐变差。不过圣路易斯华盛顿大学的研究人员，已经开发出了一种新型过滤膜。它借助石墨烯来主动杀死细菌，以减少生物污染。更有趣的是，它还灵活运用了细菌的力量。制造期间，研究人员先将一种含糖物质喂给酸醋杆菌（Gluconacetobacter hansenii）。然后，细菌会在水中生产纳米纤维素。

在纤维增长的同时，团队还加入了氧化石墨烯薄片，以增加滤膜的稳定性和耐用性。研究主要合著者之一的 Young-Shin Jun 称：

这就像是借助微生物的 3D 打印，我们可以在细菌的纳米纤维素生长过程中，添加我们喜欢的任何东西。我们已在不同的 pH 条件下进行了观察。

与真空过滤或旋涂制备的滤膜相比，氧化石墨烯生物膜的性状更加稳定。

在利用完细菌之后，研究人员又通过碱溶液，处死了生产纤维素的醋酸杆菌。同时去除其中的氧基团，对氧化石墨烯进行‘还原’。

处理后的石墨烯生物膜会对光产生反应，以杀死粘附在膜上的其它细菌。

研究合著者 Srikanth Singamaneni 表示，如果你想借助微生物来净水，膜中还原的氧化石墨烯可以吸收阳光，加热滤膜并杀死细菌。

为了测试这种滤膜的杀菌能力，研究人员将之暴露在大肠杆菌之下。

结果发现，只需三分钟的光照，就足以将膜加热到 70°C（158°F）以上，轻松杀死病虫微生物。而在高压下，灭菌膜能够以两倍于普通膜的速度来滤水。

作为对比，如果没有还原氧化的石墨烯，制备的滤膜并不能有效杀死大肠杆菌。

值得一提的是，新工艺的成本相对较低，有助于数百万发展中国家的人们喝上清洁的饮用水。

细菌纤维素能否成为医用敷料赛道的新贵

近日消息，Evonik Venture Capital（以下简称“Evonik”或“赢创”）对外宣布收购德国生物技术公司JeNaCell，从而将JeNaCell细菌纤维素系列产品纳入其生物材料产品组合中，Evonik无疑十分看好生物纤维素的发展前景。

据悉，JeNaCell是全球领先的、致力于细菌纤维素原料开发和应用的科技型公司，相关产品和技术在皮肤病学有很好的治疗效果，可广泛应用于伤口、烧伤以及皮肤护理领域。

据了解，细菌纤维素具有高持水性、透气性好、良好的生物相容性及较好的力学性能，在医用敷料产业具有广阔的应用前景。研究显示，其做绷带、纱布和创可贴等，可减少对伤口的刺激，有效缓解疼痛，加快伤口愈合等优良性质。由于其本身无抗菌效果，也可以通过复合技术对细菌纤维素进行修饰，赋予其良好的抗菌性能，使其在医用敷料方面有更好的应用前景。

由此来看，未来细菌纤维素前景无限啊！

本文来源：高分子科学前沿，www.anytesting.com ，cnBeta，科技日报