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科技资讯
纳米纤维素:拯救世界的“神奇材料”
时间:2013年8月20日

本周,美国科学家公布了一种制备纳米纤维素的新方法,它很有可能是突破性的。纳米纤维素被称为“神奇材料”,树纤维中就含有这种物质,它可以应用于制造超薄显示器、轻薄防弹衣以及许多种不同的产品。

科学家使用的主要原材料是什么呢?藻类。

“植物生物学最重要的发现之一”

周日,在新奥尔良举行的美国化学学会(American Chemical Society)会议上,来自得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的生物学教授R.马尔科姆•布朗博士(Dr. R. Malcolm Brown)展示了自己团队的研究成果,他宣称他们的制备工艺是迈向“植物生物学最重要发现之一”的一大步。

布朗研究成果的核心在于一种能够用于生产醋、康普茶和高纤椰果的菌族。在培养基中,这些细菌能够分泌出纳米纤维素,不过大规模提取这种物质将需要用到大量的糖、营养素和发酵罐。目前,绝大多数非细菌性的纳米纤维素都是从压缩和均质化木浆中制备的,这是一种相对廉价但却耗费大量资源的工艺。

相比之下,布朗方法的效率要高出许多,而且对环境无害,它只需要用到阳光、水和藻类。通过基因工程将醋菌置入蓝绿藻中,布朗的实验室高效地创造出了一种有可能以产业规模制备纳米纤维素的有机工厂。

自我维持的有机工厂

这些经过基因改造的藻类被称为蓝藻细菌,它们完全是自我维持的。这些蓝藻细菌能够通过阳光和水为自己制造食物,并能够从大气中吸收二氧化碳,从而提供了一种减少有害温室气体的自然途径。

尽管布朗团队的制备工艺已经很有前景,但他们目前仍在努力工作,以期让合成的材料更加完善和稳定。如果能够扩大规模,布朗的方法可能对多个产业产生巨大的影响。

纤维素是地球上最丰富的有机聚合物,它是树干、膳食纤维和棉花的主要成分。纳米纤维素跟纤维素拥有一些类似的特性,但它更加多才多艺——重量轻,比凯夫拉芳纶更坚固,并且在特定条件下还可以导电。

基因工程取得的进展扩大了纳米纤维素的应用前景。去年,芬兰的研究人员制造出了一种具有惊人高浮力的纳米纤维素气凝胶。据研究人员称,由1磅这种材料制成的小船就可以运载最高1,000磅的货物。

布朗表示,通过细菌制备的纳米纤维素还可以用于制造防弹玻璃、航空材料,乃至伤口敷料,这是因为纳米纤维素可以保持其硬度和强度,甚至浸泡在液体中也不会发生变化。不过,纳米纤维素最显而易见的应用领域将是造纸和显示器行业。

薄、轻、用途广泛

在周日举行的新闻发布会上,布朗表示,他和他的团队已经开始在纳米纤维素上添加电致变色染料,以制造电子显示屏。“我认为这是一项重要的进展。”他说道,并指出纳米纤维素轻薄柔韧的特性同样使其成为制造电子墙纸的理想材料。

布朗的材料不大可能完全取代传统的纸张,但其可持续的特性呈现出明显的环境效益。

“它当然不会取代或排挤林业和造纸业,但它可以提供补充。”布朗在接受The Verge采访时表示,并补充说,如果他的技术被广泛采用,将有助于减少森林砍伐。

布朗实验室距离将这种制备工艺规模化仍然还有“5-10年的时间”,但他称,工艺背后的科学已经健全。这位教授解释说,他们现在需要的是更加广泛的认知度和发展动力。

去年,美国林务局(US Forest Service)在威斯康星州开办了全美首家纳米纤维素制备工厂,以期引领可再生纳米纤维素材料的发展。在致力于纳米纤维素研究40年后,布朗希望他的最新研究成果能够激励类似的投资。

“我们这个领域需要更多的资金,”布朗对记者说,“因此,我觉得,找机会告诉世人更多关于这种新微生物的信息将有助于吸引资金,我希望如此。”

 
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