通过拉曼和傅里叶变换红外光谱表征以对苯二甲酸和乙二醇（PET单体）培养的细菌纳米纤维素

将塑料废弃物转化为有用纤维

由 PET 制成的塑料瓶和食品容器随处可见，这种塑料的微小碎片现在已出现在海洋、土壤甚至人体内部。该研究探索了一种应对这一问题的创新途径：利用细菌将 PET 的基本构件转化为超细、可生物降解的纤维素纤维。这些被称为细菌纳米纤维素的纤维能够形成强韧、柔性的膜，未来可能在包装、医疗和其他日常用途中替代部分塑料产品。

从植物到微小的细菌工厂

纤维素是植物的主要结构材料，已广泛用于造纸、纺织和诸多工业产品。但其采集通常依赖砍伐森林或大规模单一作物种植。一些细菌——包括名为 Komagataeibacter sucrofermentans 的物种——可以在发酵过程中直接从糖类合成纤维素，构筑出厚度小于百纳米的纳米纤维网络。这种细菌纳米纤维素具有吸引人的特性：纯度高（不含植物胶质和木质素）、吸水性好，可塑性强，可成型为表面平滑的膜，适用于食品包装或创面敷料等用途。

用塑料构件喂养细菌

研究者提出这些细菌是否能利用 PET 的构件——乙二醇（EG）和对苯二甲酸二钠（TPA）——而不仅仅依赖常规的葡萄糖作为碳源。他们在三种液体培养基中培养 K. sucrofermentans，这三种培养基除碳源外完全相同：一组含葡萄糖，一组含 EG，另一组含 TPA。三周后，他们收集并干燥漂浮在液面上的纤维素膜并称重。出人意料的是，产率最高的是 EG，每升培养液产生的纳米纤维素比葡萄糖更多，而 TPA 的产量较低。这表明 PET 单体中的部分碳可以被重新导向为有用的、可生物降解的材料。

纤维的外观及有序程度

为了观察形成的材料，团队用扫描电子显微镜对薄膜成像。以葡萄糖为碳源的细菌产生致密、均匀的细纤维垫，孔隙规则——这是有序生长的标志。EG 和 TPA 产生较松散、不规则的网络，其中 TPA 的结构最为开放和不均匀，更像是复合材料而非纯均匀薄膜。X 射线衍射测量证实了这一视觉印象：来自葡萄糖的纤维素表现出通常与强度和有序结构相关的高结晶性，而来自 EG 的纤维则稍显无序，TPA 衍生的纤维则更为无序。

用光“聆听”分子

随后科学家使用两种基于光的技术——拉曼与红外光谱——来“聆听”膜内分子的振动。这些方法像指纹一样揭示了存在哪些化学键以及聚合链的排列如何。三种样品均显示出纤维素的典型信号，证明细菌确实用每种碳源合成出了预期的聚合物。但存在重要差异：EG 和 TPA 样品显示出更多无序、非晶区域的强烈特征，而以葡萄糖为基础的纳米纤维素则显示出更清晰的有序晶区信号。在以 TPA 为碳源的材料中，额外的谱带对应于对苯二甲酸基团，意味着一些与 PET 相关的片段残留在膜中，未被完全转化。

对更清洁材料的意义

通俗地说，这项研究表明某些细菌能够“吃掉”PET 的部分分子残余并把它们重新塑造成纤维素薄膜，尽管薄膜的品质很大程度上取决于原料。葡萄糖仍能产生最洁净、最有序的纤维，但 EG 尤其能提高产量，TPA 则可以被部分转化并嵌入富纤维素的膜中。该方法尚不能使 PET 完全消失——一些类塑料片段仍会残留并需进一步去除——但它为“生物升级利用”提供了有前景的途径，即将顽固塑料转化为更无害的材料。通过进一步优化工艺和纯化步骤，基于 PET 单体培养的细菌纳米纤维素有望成为一个循环系统的一部分，既处理塑料废弃物，又提供可持续、高性能的薄膜材料。

引用: Eriksson, R., Mariam, I., Ramser, K. et al. Characterization of bacterial nanocellulose cultivated on polyethylene terephthalate (PET) monomers via raman and fourier transform infrared spectroscopy. Sci Rep 16, 13133 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46886-z

关键词: 细菌纳米纤维素, PET 升级利用, 塑料污染, 可生物降解材料, 拉曼与 FTIR 分析