纖維素是有葡萄糖基重復(fù)單元形成的一種天然多糖。根據(jù) 以往生活常識(shí)，我們一般認(rèn)為像麥麩、玉米、糙米、大豆、燕麥 、蕎麥和一些蔬菜里才含有纖維素。殊不知，其實(shí)一些微生物里也會(huì)產(chǎn)生纖維素。

1886年A.J.Brown就發(fā)布了木醋桿菌能夠合成胞外凝膠狀物質(zhì)的報(bào)告，但由于技術(shù)條件的限制，該物質(zhì)一直未得到重視，這種物質(zhì)后來被證實(shí)為細(xì)菌纖維素。

細(xì)菌纖維素是由細(xì)菌合成的天然生物材料，它具有纖維素納米纖維編織的三維網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，有著優(yōu)異的機(jī)械性能 、高保水能力和出色的懸浮穩(wěn)定性。它還具有純度高、結(jié)晶度高 、生物相容性和生物降解性好等特點(diǎn)。常被應(yīng)用于食品、個(gè)人護(hù)理、日用化工、生物醫(yī)藥、紡織、復(fù)合樹脂等領(lǐng)域。

細(xì)菌纖維素可由葡糖醋桿菌屬、氣桿菌屬、根瘤菌屬、肉毒桿菌屬、固氮菌屬、農(nóng)桿菌屬、假單胞菌屬和產(chǎn)堿菌屬等在內(nèi)的細(xì)菌合成。其中木糖醋桿菌是發(fā)現(xiàn)最早、研究最廣泛的生產(chǎn)細(xì)菌纖維素的微生物。

細(xì)菌纖維素電鏡照片

由細(xì)菌合成的纖維素在分子結(jié)構(gòu)上與植物纖維素相似，但不含木質(zhì)素、半纖維素和果膠等復(fù)雜成分，具有更好的性能表現(xiàn)如結(jié)晶度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高和生物相容性更好等優(yōu)點(diǎn)，因此被稱為“纖維素中的貴族”，多家公司開始著手布局此板塊。國外有拉脫維亞的Probiotika、加拿大的Axcelon Biopolymers和美國的BcGenesis等，國內(nèi)有海南椰國食品有限公司和鼎瀚恒海生物等 。

近日，Polybion宣布完成由Blue Horizon領(lǐng)投的440萬美元的A輪融資，計(jì)劃擴(kuò)大其世界首個(gè)工業(yè)規(guī)模的細(xì)菌纖維素生物制造設(shè)施FOAKI。Blue Horizon于2016年創(chuàng)立，總部位于蘇黎世，迄今為止，該公司已籌集超過8.5億美元，投資了60多家公司，此前它曾投資過MotifFoodWorks、Geltor和The Every Company等多家公司。

01從資源開采到資源再生的范式轉(zhuǎn)變

Polybion由墨西哥兄弟Axel和Alexis Gomez-Ortigoza和瓜納華托大學(xué)的Barbara Gonzalez Rolon創(chuàng)立于2015年，總部位于墨西哥，是一家使用模仿大自然自身設(shè)計(jì)的尖端技術(shù)的公司，該公司創(chuàng)始人共同開發(fā)了合成生物學(xué)工具和技術(shù)，利用細(xì)菌等生物體回收農(nóng)業(yè)工業(yè)食品垃圾來生產(chǎn)高性能生物組裝材料。Polybion曾在2017年的INC加速器競(jìng)賽中被選為拉丁美洲最具增長潛力的公司之一。

通過學(xué)習(xí)大自然，Polybion開發(fā)了一種不是線性而是循環(huán)的生產(chǎn)模式，可同時(shí)緩解三大環(huán)境問題：牲畜、食物浪費(fèi)和塑料。這代表了從資源開采到資源再生的范式轉(zhuǎn)變。該公司生產(chǎn)模式符合美國環(huán)境保護(hù)署、關(guān)于化學(xué)品注冊(cè)、評(píng)估、許可和限制法案和危險(xiǎn)化學(xué)品零排放標(biāo)準(zhǔn)，大大減少了碳足跡。

此前，Alexis和Axel Gomez-Ortigoza兄弟在麻省理工學(xué)院合成生物學(xué)競(jìng)賽中就提出可以用funcel代替聚苯乙烯泡沫塑料，funcel是一種由真菌制成的生物材料，可以成為公司使用的新包裝材料，但這或許仍只是個(gè)設(shè)想，在Polybion官網(wǎng)上并未看到該產(chǎn)品的介紹。

而Celium是Polybion計(jì)劃創(chuàng)建的一系列新生物材料中的第一個(gè)，以工、農(nóng)業(yè)水果廢料喂養(yǎng)細(xì)菌生成細(xì)菌纖維素，然后由細(xì)菌纖維素組成，是動(dòng)物皮革和石油衍生合成材料的優(yōu)質(zhì)替代品。它是一種具有無限設(shè)計(jì)可能性的多功能紡織品，可以根據(jù)顏色、紋理、壓花和防水性進(jìn)行定制，同時(shí)保持其卓越的強(qiáng)度，是時(shí)尚、運(yùn)動(dòng)服和汽車應(yīng)用的黃金標(biāo)準(zhǔn)材料。

Celium可拆分成Cel和ium兩部分，Cel源自纖維素一詞，ium是化學(xué)元素中“使用”的拉丁語后綴，不含動(dòng)物成分，因此重量比牛皮輕，可通過其生長控制厚度，使其易于剪裁，并且由于其生物特性，每片Celium像指紋一樣獨(dú)一無二，賦予它奢華的標(biāo)志。

當(dāng)前該公司的工農(nóng)業(yè)和食品垃圾足夠其每年生產(chǎn)1.68億平方英尺的Celium，由于在生產(chǎn)過程中無有害化學(xué)物質(zhì)釋放，在生產(chǎn)周期間也沒有生物質(zhì)輸出，因此Celium可盡可能循環(huán)。

早在2021年，Polybion就在地下室完成了Celium的中試，在最大產(chǎn)能下，目前Polybion的細(xì)菌纖維素制造設(shè)施每年能生產(chǎn)110萬平方英尺的生物紡織品Celium。

Polybion將利用此次A輪融資擴(kuò)大Celium的生產(chǎn)，并擴(kuò)大公司的碳中和生物制造設(shè)施，加大其研發(fā)力度，將Celium部署到消費(fèi)品中，該公司預(yù)計(jì)到2023年第三季度將達(dá)到每年Celium的最大生產(chǎn)能力，以滿足當(dāng)前全球品牌合作的需求。

02仍有難題待解

細(xì)菌纖維素屬于納米級(jí)纖維，是目前天然纖維中最細(xì)的，一根典型的細(xì)菌纖維線寬度僅有O.1um，而針葉木漿纖維的寬度至少有30um，棉花纖維的寬度也約為15um。

作為一種新型納米材料，除了上述Polybion的產(chǎn)品應(yīng)用在生物紡織品上，還可用于生物醫(yī)療、納米材料、電子器件、營養(yǎng)食品和軍工等各個(gè)領(lǐng)域，常見用途有可食用吸管、高強(qiáng)度凝膠、特種紙、耳機(jī)膜和醫(yī)藥輔料等。

細(xì)菌纖維素基吸管的制備以及綜合性能展示

可以吃的細(xì)菌纖維素

以可食用吸管制造過程為例，首先將細(xì)菌纖維素壓制成薄膜，在薄膜表面引入一層薄薄的高藻酸鈉。作為一種可食用的天然多糖聚合物，海藻酸鈉穿透孔隙進(jìn)入薄膜的三維納米纖維網(wǎng)絡(luò)，從而形成牢固的連接，緊接著將涂有海藻酸鈉的薄膜卷制成管，浸入乳酸鈣溶液中交聯(lián)，最后經(jīng)過洗滌和干燥，可食用和可生物降解的細(xì)菌纖維素基吸管就生成了。

2021年12月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)特任副研究員管慶方團(tuán)隊(duì)就通過生物合成細(xì)菌纖維素并與海藻提取物海藻酸鈉復(fù)合的策略，研制出具有優(yōu)異性能的“可食用”細(xì)菌纖維素基吸管，相關(guān)論文發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》，但目前該產(chǎn)品仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，若真正走入生活，仍面臨較大挑戰(zhàn)。

當(dāng)前細(xì)菌纖維素的研究還主要集中在附加值較高的組織工程支架、骨支架、軟骨支架、人工血管、人工皮膚以及藥物載體等方面。同時(shí)細(xì)菌纖維素還因其具有高持水性、透氣性好、良好的生物相容性及較好的力學(xué)性能，在醫(yī)用敷料產(chǎn)業(yè)也具有廣闊的應(yīng)用前景。

成立于2009年6月的鼎瀚恒海生物就是一家細(xì)菌纖維素醫(yī)用敷料研發(fā)商。該公司致力于創(chuàng)面治療應(yīng)用的細(xì)菌纖維素系列醫(yī)用敷料的研究和開發(fā)，在國內(nèi)首次將新型生物納米材料細(xì)菌纖維素應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，該系列產(chǎn)品主要用于臨床燒燙傷、整形美容、外科手術(shù)及其他疾病導(dǎo)致的繼發(fā)性皮膚潰瘍，具有廣闊的國內(nèi)外市場(chǎng)發(fā)展前景。

有業(yè)內(nèi)人士表明，細(xì)菌纖維素是一個(gè)應(yīng)用前景廣闊的材料，未來可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域，將帶來無限可能。但細(xì)菌纖維素目前仍然不具有普適性，其實(shí)際應(yīng)用的范圍還比較窄，因此首先重要的是仍是尋找合適的菌種及發(fā)酵方式。

其次細(xì)菌纖維素的性能也存在一定的局限性，如不具有抗菌性、導(dǎo)電性等，在生物醫(yī)學(xué)、食品包裝和電化學(xué)方面仍具有一定的局限性。為了解決這些問題，近年來主要通過聚合物滲透、摻雜雜原子和納米顆粒修飾等方法制備細(xì)菌纖維素復(fù)合材料，以彌補(bǔ)單一細(xì)菌纖維素性能上的缺陷，擴(kuò)展其應(yīng)用領(lǐng)域。 （綜合整理報(bào)道） （編輯/克珂）F16A989C-95A1-4760-A68A-C5E190406100