近日，江南大学纺织科学与工程学院功能纺织材料团队吕鹏飞研究员、魏取福教授以及生命科学与健康工程学院童颖佳助理研究员团队，在材料领域国际顶级综述期刊《Materials Science & Engineering R-reports》（影响因子21.1）上发表题为“Advanced strategies for In-situ self-assembly: Bacterial cellulose-based functional materials”的长篇综述论文。江南大学纺织科学与工程学院2023级本科生左子康为论文第一作者，纺织科学与工程学院的吕鹏飞研究员、魏取福教授和生命科学与健康工程学院的童颖佳助理研究员为论文共同通讯作者。该论文依托国家自然科学基金、江苏省基础研究计划及无锡市太湖人才计划等多项课题资助完成。

01 文章概述

石油基塑料带来的环境负担与微塑料污染，使可降解生物基材料的开发成为研究热点。细菌纤维素由微生物自下而上合成，纯度高，具有三维纳米纤维网络和优良的生物相容性，是替代石油基塑料的一种理想基材。然而，纯细菌纤维素化学性质相对惰性，难以具备导电、磁性和荧光等功能。早期的功能化多依赖异位改性，如浸渍、过滤、接枝或涂覆等后处理方式。干燥过程中，强氢键作用使三维网络收紧，表面形成致密阻隔层，导致外加填料难以深入网络内部，而趋向表面富集，在使用中易发生脱落与相分离，削弱性能的均一性和耐久性。

针对这一局限，该综述聚焦于原位自组装策略：在细菌纤维素生物合成过程中同步引入功能添加剂，利用细菌分泌纤维素与客体组装的时空同步性，在微纤形成与网络搭建阶段即完成复合。该文章以添加剂的层级与几何维度为线索建立分类框架，依次讨论培养基中的分子与大分子调控，零维、一维和二维纳米填料的引入，三维模板诱导生长，活体细胞共培养以及多维杂化体系，并围绕各路径的生物合成调控、微观作用机制、构效关系与应用潜力展开评述。已有案例表明，原位组装有助于改善填料分散与界面结合，可提升力学性能，并赋予其导电、电磁屏蔽、光热等功能，在柔性电子、生物医学和水净化等领域展现出明确的应用前景。

此外，此文还梳理了三维宏观模板诱导成型与工程化活体材料的进展，探讨了规模化制备中反应器设计、溶氧传质和生命周期评估等现实制约，并展望了合成生物学与数据辅助设计在结构调控中的潜在作用。文章旨在为细菌纤维素基功能材料的跨尺度设计与后续工程化提供一个更贴近其生物合成过程的分析框架。

02 图文导读

图1 多维原位自组装策略及细菌纤维素功能材料应用概览。该图展示了从零维、一维、二维低维纳米填料到三维宏观模板及活体细胞的全尺度原位组装体系，及其在柔性电子、可穿戴设备、生物医学工程、水净化及热管理等领域的广泛应用。

图2 原位自组装与异位改性的对比示意图。异位改性受表面致密阻隔层制约，填料渗透有限、界面易失效；原位自组装在生长过程中完成复合，更利于填料在三维网络中分散与锚定。

图3 从分子链到三维微孔网络的细菌纤维素多级结构演化以及原位添加剂在不同结构层级上的干预方式。图中给出了跨分子、纳米、微米到宏观尺度的代表性组装案例。

图4 细菌纤维素制造范式的演进图。总结了从早期搅拌式与旋转圆盘反应器等工程强化手段向基于微藻共生供氧及工程菌协作的生态重构范式转变，展示了三维块状材料连续制造的前景。

图5 细菌纤维素生物合成路径及原位自组装改性过程中的内外部影响因素示意图。图中归纳了菌株生理、培养基组成、溶氧供给、添加剂化学、流变条件与培养方式等因素如何共同作用于产量、结晶度、纤维取向、孔隙结构与填料分布，并指出了规模化制备中仍需面对的工程约束

论文信息：

Advanced strategies for In-situ self-assembly: Bacterial cellulose-based functional materials

Zikang Zuo, Chao Kong, Shuohan Fang, Xinqi Li, Shuangying Chen, Xun Liu, Kelong Ao, Yingjia Tong*, Qufu Wei*, Pengfei Lv*

DOI：10.1016/j.mser.2026.101276

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.mser.2026.101276