昨天，我們發文介紹了環境汙染物對腸道菌群的傷害（ ），呼籲大家重視環境保護。
事實上，時尚界的很多公司也正秉持著可持續發展理念，試圖在為人類的居住環境做貢獻的同時，帶動時尚業的發展。基於此，越來越多的時尚公司開始尋找一些新穎的環境友好型材料製造衣物。
今天，我們將介紹一些新型時尚的生物材料，從細菌生產染料到海帶基紡織布料再到人造蜘蛛絲，希望能給相關產業人士和各位讀者帶來一些啟發。
天生色彩家：細菌染料
我們都知道細菌在發酵過程中會伴隨著副產物的生成，而有些副產物可能具有其它用途，比如放線菌素等色素分子。
於是，有人把目光投向了細菌，試圖用細菌大規模生產顏料，改變合成染色工業。因為合成染色工業過程是有毒的，其次產生了很大的碳足跡，對環境具有較大的影響。
不得不說，細菌是天生的色彩家，它確實能創造出很多色彩，繪製出很多美麗的圖畫。
2019 美國舉辦的世界微生物平板藝術大賽冠軍作品
“蓮” 年有“魚” —— 阿爾瓦·哈迪德，美國密歇根州羅切斯特山奧克蘭大學 MLS 本科學生
（關於這些美圖，我們《腸道產業》也報道了美國舉辦的 2019 年世界微生物 agar art 大賽的作品： ）
細菌染色：剛剛開始
從史前開始，人們就利用生物來給衣服染色。考古學家們從植物中提取靛藍，並對此顏色的使用進行溯源，他們溯源到了秘魯海岸一塊有 6000 年曆史的織物上。
阿茲特克人（Aztec）和瑪雅人（Maya）從仙人掌的昆蟲身上提取出一種深紅色染料；而在地中海的其它地方，人們從蝸牛身上提取出高貴的紫色。
Scott Chimileski 說：“當我瞭解這些來自各種植物和動物的天然染料的故事時，發現很少有來自微生物世界的古代染料的例子。從地衣和蘑菇中提取染料，這已經有很長的歷史了，但卻不是從生物多樣性最強的細菌中提取。”
然而，這並不奇怪，因為人類幾百年前才開始培養分離細菌。在這種情況下，歷史的缺失似乎是一件好事。
這意味著，從細菌培養的那一刻起，可能利用細菌給衣服染色的歷史正在被創造出來。
Natsai Audrey Chieza
Natsai Audrey Chieza 是 Faber Futures 的創始人和董事，Faber Futures 是一家屢獲殊榮的多學科設計機構，業務涉及到自然、技術和社會的交叉領域。總部位於倫敦，主要是為行業和機構提供創新的設計解決方案並提供研發過程和產品，公司的理念是可持續發展。
當然，Natsai 更是一個擁有偉大理想的設計師，她的理想是減少時裝工業的汙染，同時創造出令人驚歎的時尚服飾。
她在實驗室裡觀察到一個現象：鏈黴菌可以產生一種引人注目的“紫色顏料”，而現在她正嘗試用這種“顏料”開發一種個性張揚、不褪色的織物染料。
與傳統染料相比，這種染料的優勢就是能夠減少用水量和化學物質的流失，這樣染料工業帶給環境的毒性就會大幅減少。
於是，出身於建築設計和材料專業的 Natsai 開創了微生物色素染料在紡織品設計中應用的先河，並因其開發的無化學品、節水的生物製造系統獲得了 2019 年 INDEX 獎。
（編者注：INDEX 獎是一個叫 the index project 的非營利組織設立的，該獎項是世界最大的設計獎，常被稱為“諾貝爾設計獎”。）
在 2017 年的 TED 演講中，Natsai 展示了新興的生物技術是如何與工藝設計相融合的，以及是如何與資源稀缺、氣候變化和可持續發展等當代問題相互交聯的。
Natsai Audrey Chieza 在 2017 年的 TED 演講 點擊視頻鏈接：
如何染色？原理是什麼？
實際上，設計師 Natsai 所利用的鏈黴菌屬是高等的放線菌，而這樣的放線菌是微生物學家再熟悉不過的生物了。
它們生活在土壤中，有著複雜的生命週期和強健的次級代謝，會產生大量的分子物質，包括許多抗生素和其它的活性物質。而其中產生一些物質早已被科學家鑑定，只不過科學家們並不清楚這些物質能用於紡織品的染色。
Scott Chimileski 說：“我曾經研究過鏈黴菌，瞭解了它們所產生的顏料分子。然而，我並不知道它們是用來給紡織品染色的。所以，當 Natsai 邀請我擔任銀杏生物工程（Ginkgo Bioworks）的常駐設計師時，我立刻同意參加她的項目。為了詳細地拍攝這個過程，我們使用了適合於培養皿大小的各種小塊織物。”
Natsai 將布片浸泡在濃稠的培養液中，之後置於瓊脂培養基上。經過幾天的培養，菌落在整個培養皿中形成，包括織物表面和織物與培養基之間的空間。
隨著菌落的生長，數以百萬計的細胞產生了大量的顏料分子，以至於我們肉眼可見，並且可以用延時照相機拍攝到這種顏色。
最終，這些菌落形成了毛茸茸的空中菌絲，這種織物就像扎染的 T 恤一樣，有紅色、粉色、紫色和藍色。
看著這些照片，Chimileski 很想知道這些美麗圖案背後的生物學原理。正好，我們可以通過使用先進的質譜技術對織物進行化學測繪，來確定顏料分子的位置和時間。
織物上較小區域裡存在的藍色皺褶正在擴大。
圖片來源：Scott Chimileski
Chimileski 發現，顏料分子的位置取決於織物的質地和紋理。
在培養基上或者離培養基最近的細菌可以直接接觸水和營養物質，它們生長得很好。
與此同時，在培養基上方的織物皺褶上形成的菌落較少。因為在那裡，細菌只依賴於能擴散到織物中的物質和最初滲入織物的營養物質。
其次比較關鍵的是細菌產生的顏料本身。
鏈黴菌會產生粉紅色到紅色之間的揮發性物質分子（如靈菌紅素）以及水溶性分子放線菌素。放線菌素輸出到細胞環境外的顏色取決於 pH ，在典型的實驗室培養條件下產生藍色。
因此，織物平坦部分的深洋紅色可能是由靈菌紅素產生的紅色與放線菌素產生的藍色相混合的；織物的藍色部分是由於放線菌素較多，而產生靈菌紅素的細菌不夠多，所以最終呈現出藍色；而織物紅色部分則相反，是靈菌紅素更多一些。
當細菌進行代謝消耗營養物質時，這些菌落還可能改變它們周圍環境的 pH值，在酸性更強的區域形成一個微環境嵌合體和不同色調的放線菌素。
所以世界上沒有兩塊一模一樣的布料，就像葡萄經發酵後會產生不同微妙味道的葡萄酒一樣，我們並不能完全瞭解最終產生的產品是怎樣的，但這或許為細菌產生色素的過程中又增添了一分神秘。
圖片來源：Scott Chimileski
細菌染色真的大有裨益？
雖然這種細菌染色工藝新穎有趣，但你可能會懷疑，也會好奇：它是否真的有實際用途。畢竟，經過幾千年從大自然中尋找染料後，在 19 世紀，合成染料工業出現了，滿足了大眾市場的需求。
但是，我們之前已經提到過合成染料是有毒的，它們會破壞和汙染環境。
如果你想要了解染料對地球的汙染有多嚴重，只需要看看中國和孟加拉國的部分河流就知道了。由於染料處理不當，這些河流遭受汙染，汙染的水甚至可以繼續染出下一季新服裝的顏色。
除此之外，印染過程中產生的廢水量也是個問題。
Chieza 解釋道：“種植、生產和運輸一件棉質 T 恤大約需要 700 加侖的水，其中 20%甚至更多的水用於染色工序。”
由於對環境的汙染，所以近年來人們將目標又重新投向了天然染料。可是如果像古代人類一樣，選擇使用產色素植物就需要大面積土地資源和水資源；而大規模地採集動物的色素是低效的，並且會破壞當地生態系統的平衡。
相反，如果使用細菌染色，那麼你會發現像鏈黴菌那樣的菌本身是無害的，並且很容易生長；其次，如果可以通過基因工程改造鏈黴菌，使它能夠大規模生產色素分子，那麼這樣的染色工藝產生的碳足跡則較小，對環境影響也更小。
使用細菌染色的布料。
圖片來源：Faber Futures
Chieza 正在研究的這項利用細菌染色的技術極大地減少了水的使用量，只需不到 7 盎司（約 0.21 升）的水就可以為 1 磅（約 0.45 千克）重的絲綢染色，而且色素本身是由細菌生產的，沒有毒性。
然而，在 Chieza 通過培養皿培養取得成果大量運用之前還有很多障礙需要克服，但是可持續的時尚機會是如此之大，這令她相信不久的將來會有通過細菌染色的衣服上市。
她指出：“在這個有毒的紡織工業中，同時處理染色用水和化學用品的干預措施少得令人難以置信。”
實際上，很多人都對細菌染色這一技術十分支持。
Stella McCartney 公司董事長 Stella Nina McCartney 穿著細菌染色的衣服，站在了“時尚力量”（ Forces of Fashion）大會的舞臺上，她說：“科技是非常性感的，對我來說，這比穿著劈叉裙更好！”。
Stella Nina McCartney
這位英國設計師在演講中談到了“道德和可持續時尚”問題，她將善待地球和舊時尚工業極其浪費、有毒和嚴重汙染的生產方式聯繫起來，顯然，她很贊成將細菌顏料開發的這項新技術引入到時尚工業中。
McCartney 說：“對青年人來說，接受這樣一件衣服是很簡單的事。所以，如果你恰好很幸運地擁有這樣一家時尚製造的企業，我認為你應該順應時尚潮流，引進這項新技術。”
McCartney 不斷在硅谷中尋找創意，通過這些創意可以幫助其公司迅速躋身設計和環境保護的前沿。
當然，除了細菌以外，還有一些其它值得期待的生物製品。
海帶基紡織品
海帶的生長速度幾乎比地球上任何生物都要快，包括竹子。那麼為什麼我們不去開發它，反而開發那種如橡樹一樣生長緩慢，且開發困難的資源呢？
如果 AlgiKnit 公司能夠如願以償，那麼可能不久之後，我們就可以購買海帶基紡織品了。
AlgiKnit 公司總部位於美國紐約市，是一家將科學和設計融入紡織品生產的生物材料公司。公司的目標是進行可循環生產，利用那些比傳統材料具有更低的環境碳足跡材料，為鞋類和服裝行業帶來可持續的生物紡織品替代品。
2016 年該公司的研究小組參加了首屆生物設計挑戰賽，並獲得了冠軍，開發了一種從海帶中提取生物聚合物製成的紗線。與羊毛或棉花一樣，這種材料十分耐用，但它的亮點是可降解，研究小組希望有朝一日，他們的海帶纖維能夠取代石油合成纖維。
AlgiKnit 團隊成員 Aleksandra Goseiwski 在電話採訪中表示：“我希望消費者能對現有的材料持更為開放的態度，這樣或許就會收穫不一樣的美麗。”
目前，AlgiKnit 公司已經生產出一種特殊材質的服裝，並開發出了具有商業可行性的產品。現在，他們對海帶基織物材料抱有很大的期待，他們表示這些材料對環境會做出巨大貢獻，並實現市商業的可持續發展。
Goseiwski 說：“我們希望能在全球範圍內減少紡織和水的浪費，消除溫室氣體。”
以下視頻是 Goseiwski 對 AlgiKnit 團隊海帶基紡織品介紹。
合成蜘蛛絲
蜘蛛絲是一種擁有令人難以置信的持久彈性的絲，比剛絲還強，是天生的環保材料。但事實上，如果蜘蛛們被關在一個狹窄逼仄的空間裡，它們會吃掉彼此，這就意味著蜘蛛不能像蠶那樣被飼養。
因此，蜘蛛絲紡織品在歷史上是非常罕見的，不過即便如此，還是有一塊著名的蜘蛛絲布料，該布料是 70 個人花了 4 年時間才製成的。
紐約市的美國自然歷史博物館展出的由一百萬只蜘蛛用金絲織成的稀有布料。到 2018 年為止，它是世界最大的一塊由天然蜘蛛絲製成的布料。
一些初創公司一直在試圖解決蜘蛛難飼養的問題，製造人造蜘蛛絲。2018 年 3 月，美國 Bolt Threads 公司發佈了世界上第一款商用蜘蛛絲產品。
2018 年秋，這家初創公司與 Stella McCartney 公司合作，製作了幾件合成蜘蛛絲，其中一件在紐約現代藝術館以“是時尚現代人嗎？”為主題舉辦的展會上展出。
這種面料擁有顯而易見的可持續性和無公害性，比傳統絲綢更耐染，因此該材料具有巨大的市場潛力的。
McCartney 說道：“我們認為科技是第一生產力，與時尚產業相比，我們關注的焦點可能是舊金山正在興起的科技。”
無法估量的未來
從利用細菌進行染色到利用海帶製作織品，再到人造蜘蛛絲，一大批新發現新技術不斷向我們奔來。無法想象，未來我們所穿的衣服到底是由什麼樣的生物或物質所製造的。
或許，有一天，你所穿的藍色牛仔褲、紅色的圍巾等一切都可能是由生物工程微生物染色的；又或許，這一設想還不夠酷，還算不上大膽。
無論如何，隨著科學的不斷進步，隨著學科間的交叉融合，相信未來一定會有更多令我們大開眼見的技術出現，不斷造福人類，造福地球。
1.https://fashionista.com/2017/10/fashion-design-technology-sustainable-textiles-2017
2.https://asm.org/Articles/2017/November/bacterial-dyes-in-fashion
3.https://www.wired.com/2009/09/spider-silk/
4.https://www.natsaiaudrey.co.uk/
5.http://www.designindaba.com/videos/conference-talks/maker-algiknit-talks-seaweed-fashion-and-next-stage-biotech
6.https://www.algiknit.com/
作者｜崔心偉
審校 | 617
聯繫人：何雋
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