?

近年來，隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，聚合物基納米復(fù)合材料由于其優(yōu)異的力學(xué)性能和功能性在材料領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。然而，如何實(shí)現(xiàn)聚合物基納米復(fù)合材料的高效、大規(guī)模、綠色環(huán)保、可持續(xù)且高度可控的制備仍然是一個(gè)世界難題。然而，對微生物輔助復(fù)合材料制備過程的探索有望為該問題提供一種全新的解決方案。

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)邀在國際綜述期刊《Accounts of Materials Research》上，發(fā)表題為“Growing Bacterial Cellulose-Based Sustainable Functional Bulk Nanocomposites by Biosynthesis: Recent Advances and Perspectives”的評述論文，合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心管慶方副研究員為該論文的第一作者。

作者詳細(xì)評述了一種被命名為“氣溶膠輔助生物合成”的復(fù)合材料原位制備新策略，并從其普適性、可控性、三維可設(shè)計(jì)性、可擴(kuò)展性和可持續(xù)性等方面全面論述了該復(fù)合材料制備策略的巨大潛力。該策略巧妙地將納米材料氣溶膠的沉積過程和微生物原位合成高強(qiáng)度細(xì)菌纖維素三維納米網(wǎng)絡(luò)的過程相結(jié)合，成功實(shí)現(xiàn)了各種納米材料在三維納米網(wǎng)絡(luò)中均勻分散，并制備得到了一系列兼具高強(qiáng)度和功能性的細(xì)菌纖維素基納米復(fù)合材料。

首先，作者回顧了聚合物基復(fù)合材料的發(fā)展歷程，進(jìn)而從復(fù)合材料制備過程中的關(guān)鍵要素的時(shí)空分布的角度分析復(fù)合材料的制備方法，并首次提出了基于關(guān)鍵要素的時(shí)空匹配程度評價(jià)復(fù)合材料制備策略的觀點(diǎn)，這一觀點(diǎn)為復(fù)合材料制備方法的探索提供了新的思路和方向。而后，基于關(guān)鍵要素時(shí)空匹配的觀點(diǎn)，作者分析了氣溶膠輔助生物合成策略具有諸多優(yōu)勢的內(nèi)在原因，指出了該策略的核心優(yōu)勢在于實(shí)現(xiàn)了細(xì)菌合成納米三維網(wǎng)絡(luò)和納米材料沉積這兩個(gè)關(guān)鍵過程的配合。具體來說，該策略是通過實(shí)現(xiàn)上述過程的關(guān)鍵要素（氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、細(xì)菌和納米材料等）在時(shí)間與空間兩個(gè)維度上的匹配，成功制備了兼具優(yōu)異力學(xué)性能和功能性的納米復(fù)合材料。在此基礎(chǔ)上，可精確控制納米材料氣溶膠沉積過程為該策略帶來了普適性、可控性和三維結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性。同時(shí)，常溫常壓下的生物合成過程使得該策略具有充分的可擴(kuò)展性、環(huán)保性以及可持續(xù)性。最后，作者展望了這類生物合成的納米復(fù)合材料未來的發(fā)展方向以及該領(lǐng)域一些亟待解決的問題，并提出未來有望基于該策略構(gòu)建高效、安全、低能耗的“細(xì)菌工廠”用于生產(chǎn)各類細(xì)菌纖維素基功能納米復(fù)合材料的設(shè)想。

該項(xiàng)研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1021/accountsmr.2c00028

（合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心、化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科研部）