中国科学技术大学 信用:CC0公共领域 在电影《复仇者联盟3：无限战争》中，最酷的场景之一是钢铁侠激活他的纳米技术盔甲
在现实生活中，开发一种技术将纳米材料组装成宏观的块体材料，并保持其独特的纳米尺度特性仍然是一项具有挑战性的任务
这个问题也阻碍了纳米材料的实际工业应用
一个可能的解决方案是提供一个骨架，可以将单个纳米材料固定在一起，从而构建功能性的块状纳米复合材料，就像钢筋混凝土中的钢筋一样
在众多候选材料中，细菌纤维素(BC)纳米纤维是最丰富的生物材料之一，可通过细菌发酵以低成本大量生产，不仅因其与钢和凯夫拉尔纤维相当的高抗拉强度，而且因其形成的坚固的三维纳米纤维网络而受到科学家的青睐
然而，传统的制备纳米复合材料的方法需要分解这种三维网络结构，这严重损害了所构建的纳米复合材料的机械性能
研究人员的目标是将纳米尺度的构建模块整合到一个BC矩阵中，同时保留BC的三维网络结构
为了应对这一挑战，中国科学技术大学-洪教授领导的研究人员最近开发了一种通用的、可扩展的生物合成策略，该策略包括通过微生物发酵同时生长纤维素纳米纤维，以及通过气溶胶进料(间歇喷洒液体营养物和纳米纤维悬浮液)在固体培养基质上共同沉积各种纳米级建筑材料
与静态发酵相比，该方法克服了纳米尺度单元从底部液体介质向新生长的细菌纤维素上表层扩散的限制，成功地制备了一系列由细菌纤维素和不同尺寸、形状和大小的纳米结构单元组成的均匀块状纳米复合材料
通过使用大型反应器和增加喷嘴数量，该方法可以容易地扩大潜在工业应用的规模
由于生物合成纳米复合材料中NBBs的均匀分布，研究人员能够在1
通过改变碳纳米管悬浮液的浓度从5重量%到75重量%
注意，需要将碳纳米管分散体与聚合物溶液混合的碳纳米管纳米复合材料的常规制造方法仅适用于制备具有低碳纳米管( 为了进一步证明生物合成策略在制备机械增强纳米复合材料方面的优势，还制备了碳纳米管/细菌纤维素纳米复合材料膜，通过混合碳纳米管和分解的细菌纤维素悬浮液进行比较
生物合成碳纳米管/炭黑纳米复合材料的拉伸强度和杨氏模量均显著高于共混样品
结果，生物合成的碳纳米管/碳纳米管纳米复合材料获得了极高的机械强度和导电性，这对于实际应用是至关重要的
纳米复合材料
通过自动控制系统控制的过滤压缩空气，将液态营养物气溶胶和纳米级建筑块悬浮液送入生物反应器
从b到D，用0D纳米粒子、1D纳米管或纳米线和二维纳米片形成均匀的BC基纳米复合材料的示意图
体积为800×800×8 mm3的大尺寸碳纳米管/碳纳米管薄膜的照片
生物合成碳纳米管/细菌纤维素纳米复合材料与混合碳纳米管/细菌纤维素纳米复合材料拉伸强度的比较
碳纳米管/碳纳米管薄膜的电导率是碳纳米管体积和重量分数的函数
经牛津大学出版社许可转载
“尽管我们目前的工作重点是基于碳纳米管的纳米复合材料气凝胶和薄膜，但所有生物合成的薄膜都可以转化为相应的功能性块状纳米复合材料
”——方，这部作品的第一作者说
例如，生物合成的Fe3O4/BC纳米复合薄膜表现出超顺磁性和高抗拉强度，有望用于各种领域，如电磁致动器、智能微流体器件和生物医学
“通过升级生产纯细菌纤维素薄膜的最先进的生产线，这些用于实际应用的散装纳米复合材料的工业规模生产有望在不久的将来实现
”，研究人员提供了一个积极的前景
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