环境的新衣：由活生物体培育而成的可生物降解纺织品

当一件衣服磨损或过时时，它通常会被扔进垃圾桶；根据环境保护署的数据，2014年美国产生的城市固体废物中，服装占了9%。

我们所穿的衣服的影响远不止堵塞的垃圾填埋场。欧盟委员会(pdf)还将现代服装行业的做法（通常被称为“快时尚”，因为服装的生产和销售速度和数量都很快）与高能源和水消耗、显著的温室气体排放和水污染联系起来。

现在，一小群但不断增长的创新者正在转向大自然的智慧，试图从源头上消除服装行业的浪费和污染：他们正在使用活生物体来培育可生物降解的纺织品，在实验室中创造环保材料，甚至在无需工厂组装的情况下生产一些接近完成的物品。

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当今的许多服装都是用塑料基的丙烯酸、尼龙或涤纶线编织而成，并在工厂中裁剪缝制。所有这些材料都是化学生产的，不可生物降解。但这些研究人员认为，未来的某些服装可能可以通过生物工程制造——也就是说，由活细菌、藻类、酵母、动物细胞或真菌制成——这些物质最终在被丢弃时会分解成无毒物质。纽约市时装技术学院（F.I.T.）数学和科学系的助理教授Theanne Schiros说，这种方法可以减少浪费和污染。她说，除了可生物降解之外，另一个主要好处是，许多涉及的生物体可以生长以适应模具——产生精确数量的纺织品，以制造一件衣服，而不会产生多余的材料丢弃。“在材料科学中，我们现在从大自然中找到了更多的灵感，”她说。“你可以在大自然中寻找快速繁殖且丰富的生物。”

Schiros选择的生物是藻类。她和F.I.T.的学生和教职员工团队一起，用它创造了一种类似纱线的纤维，可以用非化学颜料（如压碎的昆虫壳）染色，并编织成服装。Schiros说，制造藻类基纱线分为三个步骤：首先，从海带（一种多细胞藻类海藻）中提取一种叫做藻酸盐的糖，然后将其制成粉末。接下来，将藻酸盐粉末制成水基凝胶，并在其中添加植物基颜色（如胡萝卜汁）。最后，将凝胶挤出成长条纤维，可以将其编织成织物。

Schiros说，她的实验表明，藻类基织物作为一种可销售的生物工程服装材料具有相当大的潜力，因为它坚固而灵活，这两种特性对于大众市场服装至关重要。中国的材料科学家指出，藻类基纤维天然具有阻燃性，有可能减少在服装中添加有毒阻燃剂的需要。此外，藻类的生物降解速度比棉花（最常见的天然服装纤维）更快，而且种植它不需要农药或大面积土地。Schiros使用她的纤维编织了一些物品，包括一件她在今年发表关于可持续时尚的TED演讲时穿的背心。在与她的F.I.T.同事Asta Skocir合作，凭借藻类基纺织品获得2016年生物设计挑战赛的冠军后，Schiros共同创立了一家名为Algiknit的公司，旨在有朝一日以商业规模生产藻类基服装。

Schiros还探索了使用细菌来培育服装材料；在2017年，她的一些学生用液体细菌培养物、真菌和可堆肥废物培育了一双婴儿大小的软皮鞋。细菌长成一层“生物皮革”纤维垫，最终填充了一个鞋形的模具，形成了一件完整的鞋子，学生们用从街头一家冰沙店丢弃的菠萝顶提取的纤维将它们缝合在一起。后来，他们用鳄梨籽和靛蓝叶子制作染料来给鞋子着色，并在晾干之前将胡萝卜籽嵌入其中。据Schiros说，“这种方法在生产阶段就消除了浪费。”她指出，它还减少了纺织废料，并补充说，由于鞋子是可生物降解的，并且含有种子，“当你的宝宝穿不下它们时，你可以直接将它们种在地上，开始培育他们的下一双鞋子。”她的学生（他们自称为“#GROWAPAIR团队”）在去年于纽约市现代艺术博物馆举办的大学学生生物工程竞赛生物设计挑战峰会上首次亮相了他们的作品。

Schiros说，生物工程可以解决的另一个快速时尚环境问题是染料。根据瑞典化学品管理局（pdf）的数据，商业纺织品染色使用大约 3,500 种人造化学品，包括铅基和石油基物质。其中，该机构在成品服装中检测到 2,400 种。该机构表示，发现的化学品中有 5% 对环境具有潜在危害，成品服装中发现的 2,400 种化学品中有 10% 可能危害人类健康。使这些着色剂附着在织物上通常还需要使用有毒溶剂、固定剂、盐和大量的水。接触过这些染料的一些实验动物表现出不良的健康影响，包括过敏反应以及生殖和生长问题（pdf）。环保署已宣布一种常用的服装染料成分联苯胺及其衍生物“被合理预期为人类致癌物”。含有它的染料以及其他所谓的“偶氮”染料被欧盟禁止进口。这些化学物质可能从衣服渗出到皮肤中，并且也存在于纺织品染色厂的废水中——这些废水通常未经处理就直接排放到环境中。

一些研究人员认为细菌也可能有助于缓解染料问题。包括阿姆斯特丹纺织实验室的联合创始人Cecilia Raspanti，纺织品和设计工作室Kukka的所有者Laura Luchtman，以及生物设计实验室和创意研究机构Faber Futures的创始人Natsai Audrey Chieza在内的创新者正在使用天然色素细菌来染色天然和生物工程纺织品。Luchtman说，她的过程包括将纺织品高压灭菌以防止污染，然后将装满细菌营养物质的液体培养基倒在容器中的纺织品上。接下来，她将浸湿的纺织品暴露于细菌中，并将其留在气候控制室中三天。最后，她再次对纺织品进行消毒，用温和的洗衣粉冲洗掉细菌培养基的气味，然后让其干燥。Chieza说，细菌染料可以应用于各种颜色和图案，无毒，并且至少需要减少20%的水。

但是，使用这些技术来取代用不可生物降解的人造纤维编织的纺织品和由有问题的化学物质制成的染料仍然存在重大挑战。Schiros说，生产足够耐用以承受正常磨损的生物工程材料是一个主要障碍。她试图通过使用本土的保存技术（例如用烟熏而不是化学物质进行鞣制）来处理她的一些纺织品来克服这个问题，她说这可以增强她的生物皮革的强度和防水性。

这些对生态无害的纺织品目前主要局限于实验室、科学竞赛和高级时装秀领域。但推广它们的研究人员表示，这些创新技术以某种形式推出供消费者市场使用只是时间问题。Chieza说，首先需要解决的是使生物工程服装的成本与传统服装的成本相当。例如，Luchtman出售的细菌染色丝绸围巾价格为 139 美元，而用传统方式染色的类似丝绸围巾的价格低至 10 美元。“与围绕可再生能源的辩论类似，成本竞争力不仅取决于可靠的科学和可行的技术——它还需要通过政府补贴和将投资转向研发的心态转变来实现，”Chieza 说。

高级纤维技术研究中心 (CRAFT) 主任、宾夕法尼亚州立大学工程学教授 Melik Demirel 也认为，将生物设计服装推向消费市场可能需要一些时间。但他表示，如果生产过程可以扩大规模，其好处将大于挑战。“蛋白质或糖基纤维是天然可生物降解的，而且大自然知道如何回收它们，”他指出。

倡导这项研究的设计师表示，纺织品在被送到堆肥设施进行生物降解之前，也可以重复使用。一次又一次地修复或重新利用纺织品和染料，以延迟将其制成废物，是指导生物基纺织品生产和用于对其着色的非化学染料的主要原则。

Suzanne Lee 创立了年度生物设计峰会Biofabricate 以及一家总部位于伦敦的生物设计咨询公司 Biocouture，她强调这种循环思维对于这些新材料的可扩展性和成功至关重要。“如果快时尚要继续存在，那么使用的材料必须能够开始循环回到为该细分时尚领域提供原料纺织品流，”Lee 说。“它们在设计过程中不应注定要进入垃圾填埋场；我们所有人，尤其是设计师，都有责任为这种改变而努力。”