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細菌纖維的秘密：為何微生物能製造出如此強韌的纖維？
細菌纖維是一種有機化合物，其化學式為(C6H10O5)n，由某些類型的細菌產生。儘管纖維素是大多數植物的基本結構材料，但某些細菌，如Komagataeibacter、Acetobacter、Sarcina ventriculi和Agrobacterium，也能夠生產纖維素。與植物纖維素相比，細菌纖維素的特性截然不同，並以其高純度、強度、可塑性和增強的水分保持能力而著稱。在自然環境中，大多數細菌合成細胞外多醣類（如纖維素），這些多醣類形成了細胞周圍的保護膜。儘管細菌纖維素自然存在，但目前許多方法正在研究如何在實驗室中增強細菌纖維素的生產，以尋求大規模加工的可能性。
許多尋求探索和充分利用微生物纖維素的研究，正在為各種商業應用鋪平道路，這包括紡織品、化妝品和食品產品，以及醫療用途。
在這些研究中，Komagataeibacter xylinus這種細菌因其獨特的機械性質受到特別的關注，這使其在生物技術、微生物學和材料科學上具有重要的應用潛力。歷史上，細菌纖維素的應用範圍曾經非常有限，僅限於製造nata de piña和nata de coco等果凍狀的甜品。然而，隨著細菌纖維素合成和表徵技術的進步，這種材料現在被用於多種商業應用，顯示出其獨特的綜合能力。
歷史背景
作為材料，纖維素最早於1838年由Anselme Payen發現，他能夠將纖維素從其他植物物質中分離並進行化學特徵分析。在纖維素首次和最常見的工業應用中，來自木漿的纖維素被用來製造紙張。由於其高反光性、高對比度、低成本和靈活性，纖維素在印刷中非常理想。細菌生產的纖維素的首次發現，具體指向Acetobacter xylinum，於1886年被A.J. Brown所確定，他合成了一種細胞外的膠狀薄膜。然而，直到20世紀，對細菌纖維素進行了更深入的研究。
隨著對細菌纖維素的進一步研究，越來越多的應用被開發出來，顯示出這種材料的潛力無窮。
細菌纖維素的生物合成
細菌產生纖維素的主要來源是一些革蘭氏陰性細菌，如Acetobacter、Azotobacter和Rhizobium。這些細菌中以A. xylinum、A. hansenii和A. pasteurianus的生產效率最高。A. xylinum被广泛应用于基础和应用研究，因为它能够从多种碳源和氮源中相对较高地生产聚合物。
細菌纖維素的結構和特性
細菌纖維素的分子結構與植物纖維素相同，但其大分子特性卻相差甚遠。微生物纖維素通常比植物纖維素更純淨，不含半纖維素或木質素，具有更高的水保持能力和親水性，鍛造出更高的抗拉強度，這得益於其聚合程度更高。細菌纖維素能在多種基質上生長，並且由於在形成過程中的高可塑性，可以被塑造成幾乎任何形狀。
細菌纖維素的高機械強度和良好的水分保持能力，使其在醫療、食物和工業應用中表現出極大的潛力。
應用領域
細菌纖維素目前已經在食物、生醫、商業產品以及其他技術領域得到了廣泛應用。這種多功能結構材料能夠以多種形式被塑造，以適應不同的用途。細菌纖維素的最古老用途之一是作為nata de piña的原材料，這是一種傳統的菲律賓甜點。此外，由於它的質地和纖維含量，它被添加到許多食品產品中作為膳食纖維的來源。最近的研究探討了將細菌纖維素用作創傷敷料，顯示出它對燒傷病患的優異療效。
醫療方面，微生物纖維素已被成功用作傷口敷料，其快速癒合和減少疤痕的能力，顯示出其獨特的水分保持能力和水蒸氣透過性。此外，微生物纖維素常被商業化地製成創新產品，如Biofill®和XCell，這些產品專門用於治療靜脈潰瘍等傷口，進一步突顯了其在現代醫療中的重要性。
隨著對微生物纖維素來自細菌的深入瞭解，我們的創新思維將如何提升材料科學的可能性呢？
