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在許多家庭的廚房里，絲瓜絡是最常見的清潔工具之一。它輕便、耐用，用來洗碗去油的效果很好，不少人覺得絲瓜絡比傳統(tǒng)的海綿還要好用。

然而，絲瓜絡的價值遠不止于此?？茖W研究表明，這種來自植物的天然纖維材料，具有獨特的多孔結構和力學性能，還在凈化污水、隔熱降噪方面有獨特作用，甚至還能被制成新型能源和醫(yī)用材料。

那么，這種看似普通的植物纖維，究竟憑借怎樣的結構和成分，擁有如此多樣的功能呢？

△ 多孔蓬松的絲瓜絡（來源：veer圖庫）

01

非凡的天然材料

絲瓜（Luffa cylindrica）是葫蘆科的一年生藤本植物，原產(chǎn)于印度，在唐末宋初時自海上絲綢之路傳入中國。

《本草綱目》記載“嫩時去皮，可烹可曝，點茶充蔬”。如今，絲瓜已作為夏季蔬菜廣泛栽培于中國的大江南北。

在絲瓜成熟之后，其外皮會變干變硬，等其種子干燥之后，去皮去籽，留下的纖維骨架就是人們常說的絲瓜絡。

△ 絲瓜 方麗英攝

從微觀結構上看，絲瓜絡具有典型的天然多孔纖維特征，是植物界中少見的三維網(wǎng)狀材料之一。

雖然肉眼來看，絲瓜絡只是一團糾纏在一起的纖維，但在顯微鏡下，它卻會呈現(xiàn)出精細而復雜的三維多孔結構：它的外層纖維呈環(huán)狀分布，內層纖維縱向延伸，中間層則縱橫交錯，形成許多相互連通的孔洞。

這種結構既輕盈又堅韌，具備優(yōu)異的力學性能。

絲瓜絡的密度僅為 0.56～0.92 g/cm3，比水還輕，而拉伸強度可達 385 MPa，相當于一根細細的絲瓜纖維能吊起好幾瓶1升裝的大瓶可樂！

△ 絲瓜絡的宏觀結構（圖A）與纖維的微觀機構（圖B,C,D）（來源：參考文獻1）

而從成分上來看，絲瓜絡也是一種以天然高分子為主的復合材料。

它的主要成分是纖維素（約占82%）、木質素（約11%）和半纖維素（3–5%），還含有少量黃酮類、皂苷和多糖等天然活性物質。

這些組分使它既具一定的生物活性，又能在自然環(huán)境中完全降解，不會像部分塑料造成持續(xù)的環(huán)境污染。

正是這些獨特的結構與成分，使絲瓜絡不僅能在實驗室中展示性能，也能在建筑、環(huán)境乃至能源材料中找到自己的位置。

02

建筑小能手

研究者利用絲瓜絡多孔、輕質和高強度的結構特性，嘗試將絲瓜絡與石膏、水泥或天然纖維等材料復合，用以開發(fā)兼具保溫、隔音和環(huán)保性能的新型建筑板材。

絲瓜絡制作出來的板材在保溫方面具有極大優(yōu)勢，這與絲瓜絡纖維交織形成的孔隙結構密不可分。

顯微觀察表明，這些孔隙的直徑大約在50–200微米之間，分布均勻且相互連通?？紫吨谐錆M了靜止空氣，而空氣的熱導率極低（約為0.026 W/(m·K)），遠低于大多數(shù)固體材料。

當外界溫度變化時，空氣層能有效阻斷熱量的傳遞；而且這些孔隙尺寸足夠細小，不會形成明顯的氣流通道，因此能抑制對流帶來的熱損失。

這一特性使絲瓜絡在復合板材中起到高效保溫的作用。研究結果顯示，摻入絲瓜絡纖維的石膏板，其導熱系數(shù)可比純石膏板降低20–30%，在相同厚度下表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性。

另外，絲瓜絡制成的板材在隔音方面也表現(xiàn)出色。

聲音在空氣中以振動的形式傳播，而多孔材料的吸聲機理主要依賴于能量耗散。絲瓜絡的三維網(wǎng)絡結構恰好具備這一特征。

當聲波進入板材后，會在纖維孔隙間反復反射與摩擦，其能量逐漸轉化為微量熱能，從而削弱聲波強度。

絲瓜絡復合板材的聲吸收系數(shù)在中低頻段（200–1000Hz）表現(xiàn)尤為突出，這個頻率范圍正對應日常環(huán)境中最常見的噪聲類型，如交通噪聲和人聲。

與傳統(tǒng)巖棉或聚苯泡沫相比，絲瓜絡材料不僅吸聲效率更高，還避免了玻璃纖維類材料可能產(chǎn)生的粉塵污染與皮膚刺激問題。

實驗表明，在相同厚度條件下，絲瓜絡—石膏復合板的平均降噪系數(shù)（NRC）可達到0.65–0.75，已接近部分專業(yè)吸音材料的水平。

△ 絲瓜絡材料吸收聲音的原理示意圖（來源：參考文獻3）

此外，絲瓜絡制作的板材還更加節(jié)能環(huán)保。

與傳統(tǒng)的聚苯乙烯或聚氨酯保溫材料相比，絲瓜絡復合板材的生產(chǎn)過程更加節(jié)能。

由于不需要高溫高壓成型，能耗可降低約30%。同時，絲瓜絡來源廣泛、可再生，其纖維在自然條件下可在6–12個月內完全降解，不會產(chǎn)生微塑料或有毒殘留物。

在建筑拆除或更新過程中，這類材料能夠被回收或直接堆肥處理，減少建筑廢棄物的環(huán)境負擔。

這些特性使絲瓜絡復合材料被視為一種符合綠色建筑理念的可持續(xù)性材料選擇。

最后，雖然絲瓜絡屬于植物纖維，其本身易吸濕膨脹或在潮濕環(huán)境中發(fā)生變形，但目前科學家也通過各種方式增加了絲瓜絡板材的耐久度。

在與石膏結合時，石膏晶體可滲入絲瓜絡的孔隙中，形成穩(wěn)定的物理嵌合，提高板材的整體強度和抗壓性能。

與水泥復合時，通常會添加少量硅烷偶聯(lián)劑，以增強纖維與無機基體之間的化學結合，從而提高耐久性和抗裂性能

。一些研究還探索了以黃麻或麻桿纖維作為增強填料，與絲瓜絡共同構成多尺度纖維網(wǎng)絡，使復合材料在保持輕質的同時兼具較高的結構強度。

03

天然凈水器

除了在建筑領域展現(xiàn)出的物理優(yōu)勢，絲瓜絡的化學性質也同樣值得關注。它的表面活性基團使其在環(huán)境治理，尤其是水體凈化中具有獨特潛力。

現(xiàn)如今，隨著工業(yè)化進程的加快，重金屬、合成染料和農(nóng)藥殘留等污染物大量進入水體，對生態(tài)系統(tǒng)造成持續(xù)影響。

而研究表明，絲瓜絡憑借其多孔纖維結構和表面活性基團，能夠有效吸附并去除多種污染物，是一種性能穩(wěn)定、來源廣泛的天然吸附材料。

絲瓜絡能吸附污染物的機制主要包括物理截留和化學吸附兩個方面。

纖維交織形成的孔隙孔徑分布均勻且連通性良好，引導污水在流經(jīng)時形成復雜的流動路徑，從而促使懸浮顆粒和染料分子被截留或滯留在孔隙內。

同時，絲瓜絡的比表面積較大（1.2–3.5 m2/g），為吸附反應提供了充分的接觸界面。

在化學層面上，絲瓜絡表面的纖維素分子含有大量羥基（–OH）基團，這些基團能與溶液中的離子或極性分子形成氫鍵或靜電作用。

例如，亞甲基藍等常見染料帶正電，而絲瓜絡表面在水中呈負電性，兩者之間的電荷吸引能促使染料分子被牢固吸附到纖維表面。

對于鉛、鎘等重金屬離子，也能通過類似的絡合或離子交換作用實現(xiàn)去除。

△ 絲瓜絡對染料和重金屬的吸附機理（來源：參考文獻2）

絲瓜絡材料的另一優(yōu)點是可再生利用。

吸附飽和后，只需將其浸入稀鹽酸或乙醇溶液中，即可破壞吸附鍵，使污染物重新釋放到溶液中。經(jīng)清洗、干燥后，絲瓜絡仍能保持較高的吸附效率。

實驗結果顯示，經(jīng)過五次循環(huán)使用，其染料去除率仍能保持在55%以上。這種可循環(huán)性顯著降低了材料成本，也提高了其在實際水處理過程中的可行性。

與活性炭、樹脂等常見吸附材料相比，絲瓜絡無需復雜的制備過程，且在使用后能夠自然降解，不會產(chǎn)生新的固廢污染。

正因如此，它被視為一種兼具經(jīng)濟性與可持續(xù)性的天然凈水材料，適用于實驗室研究與中小規(guī)模污水凈化的應用探索。

04

材料界的新寵

除了凈化水體、改善環(huán)境，絲瓜絡的研究還延伸到更前沿的材料科學領域。

研究者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過高溫碳化處理后的絲瓜絡能夠轉化為多孔碳結構，這種材料同時具備高比表面積、良好的導電性與機械穩(wěn)定性，可用于制造超級電容器、電磁屏蔽材料等功能器件，因為成為能源與電子材料研究中的新研究方向。

△ 高溫碳化處理后的絲瓜絡（來源：Carbon）

碳化處理的核心在于保留絲瓜絡原有的三維骨架。高溫下，絲瓜絡的有機組分分解為碳質骨架，而原先的孔隙結構得以完整保留甚至進一步擴展。

由此形成的多孔碳材料的比表面積可達1000m2/g，相當于一克材料表面展開后約有一個足球場的面積。

這種極高的比表面積意味著能夠容納更多電荷，使其在超級電容器中表現(xiàn)出優(yōu)異的儲能性能。

超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的儲能裝置，能夠在幾秒至幾十秒內完成充放電。

它的能量來自電極表面與電解液離子之間的電荷積累，而非化學反應，因此循環(huán)壽命極長，充放電次數(shù)可達數(shù)十萬次。

雖然單個電容器的能量密度遠低于鋰電池，但其功率密度極高，能夠在短時間內釋放或吸收大量電能，常用于電動車的能量回收、應急電源以及可再生能源系統(tǒng)的電壓調節(jié)等場景。

而實驗結果顯示，以碳化絲瓜絡為電極的超級電容器，在電流密度0.1 A/g下比電容可達約107.4 F/g，在反復充放電5000次后，仍能保持92.6%以上的電容性能，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，是一種極具潛力的超級電容器。

除儲能功能外，碳化絲瓜絡也在電磁屏蔽領域展現(xiàn)出應用前景。其導電的碳網(wǎng)絡能夠反射和吸收電磁波，而多孔結構則促進多次散射，從而實現(xiàn)高效的屏蔽效果。

將碳化絲瓜絡與碳化硅（SiC）或石墨烯等材料復合后，屏蔽效能可提升至60–70 dB（一般民用設備機箱的屏蔽效能在40dB作用，軍用也才60dB左右），并能在 300℃ 高溫下保持穩(wěn)定。

這種特性使其適合用于電子設備外殼、傳感器防護層以及高溫環(huán)境中的電磁防護裝置。

與常規(guī)金屬屏蔽材料相比，絲瓜絡基碳材料具有輕質、柔性和可加工性強的優(yōu)勢，同時原料可再生、制備工藝能耗低。

它展示出天然生物結構在先進功能材料領域的應用潛力，也為綠色儲能與電磁防護提供了新的思路。

05

不僅是藥材，還是現(xiàn)代生物材料

除了在能源與電子領域的應用外，絲瓜絡的天然結構和生物相容性，也讓它在醫(yī)學和生命科學研究中展現(xiàn)出新的價值。絲瓜在傳統(tǒng)醫(yī)藥中早已有應用記載。

《本草綱目》載：“絲瓜，性涼，味甘，能清熱利腸、涼血解毒、通經(jīng)活絡?！苯z瓜絡入藥，常用于緩解筋骨疼痛、乳汁不通和水腫等癥狀。

這些功效與其所含的皂苷、黃酮、多糖等活性成分有關，現(xiàn)代藥理研究表明，這些成分具有抗炎、抗氧化及一定的抗菌作用。

在近年的研究中，科學家開始探索絲瓜絡在現(xiàn)代醫(yī)學和組織工程中的新用途。

由于絲瓜絡具備天然的三維多孔結構和良好的生物相容性，它可作為細胞培養(yǎng)的支架材料，用于軟骨、皮膚等組織的修復研究。

實驗表明，經(jīng)過脫脂、滅菌和交聯(lián)處理后的絲瓜絡能為細胞提供穩(wěn)定的附著表面和營養(yǎng)通道，促進細胞增殖與分化，其性能與部分人工多孔聚合物相當。

此外，絲瓜絡獨特的結構還被用于仿生醫(yī)學模型。在模擬腫瘤微環(huán)境的研究中，研究人員利用絲瓜絡的天然孔隙結構，制備出可調孔徑的“仿絲瓜支架”，用于構建腫瘤組織模型。

這類支架能模擬腫瘤細胞在三維空間中的生長形態(tài)，為藥物篩選與細胞行為研究提供了新的平臺。

△ 受絲瓜絡啟發(fā)的模擬腫瘤組織支架制備過程（來源：參考文獻[4]）

在材料學前沿領域，絲瓜絡的結構也啟發(fā)了新型醫(yī)用膜材料的設計。

日本東京大學的研究團隊基于絲瓜絡的網(wǎng)狀結構，合成了一種厚度僅約 70 納米的聚合物膜。這種材料在干燥狀態(tài)下剛度高達 11 GPa，但在濕潤環(huán)境中又能保持柔軟，可隨 pH 值變化調節(jié)孔徑大小與表面電荷。

該膜可用于高效過濾病毒和細菌，并具備良好的抗菌與抗病毒活性，在醫(yī)療防護和環(huán)境凈化領域均展現(xiàn)出潛在應用價值。

這些研究顯示，絲瓜絡正在從傳統(tǒng)藥材逐漸轉化為一種現(xiàn)代生物功能材料。它的天然結構不僅可被直接利用，也能為新型仿生材料的設計提供靈感，成為連接傳統(tǒng)經(jīng)驗與現(xiàn)代科技的一座橋梁。

06

結語

從廚房中的清潔用品到實驗室里的功能材料，絲瓜絡的研究展示了自然結構的多樣潛能。

它輕盈而堅韌的纖維骨架，為科學家提供了一種兼具可再生性和環(huán)境友好的材料原型。

如今，絲瓜絡已被應用或用于探索凈水、建筑、儲能及生物醫(yī)學等多個領域，這些研究讓我們重新認識了這種看似普通的植物材料。

它的故事也提醒我們，許多創(chuàng)新并非來自全新的發(fā)明，而是源于對自然結構更深入的理解與再利用。

當我們下次在廚房里使用絲瓜絡時，也許會意識到，它不僅是一塊洗碗布，更是自然賦予人類的一種啟示。

致謝：感謝中國科學院西安分院王長曄、上官亦卿及秦嶺國家植物園方麗英等友人為撰寫本文提供的文獻、圖片資料和寶貴意見。

作者：李勃，陜西省生物農(nóng)業(yè)研究所副所長。

參考資料：

[1] 白浪. 功能化絲瓜絡海綿新材料的制備及應用研究. 陜西師范大學，2020.

[2] Yadav S, et al. Adsorptive potential of modified plant-based adsorbents for sequestration of dyes and heavy metals from wastewater-A review[J]. Journal of Water Process Engineering, 2021, 42:102148.

[3] Chen Y X，et al. A novel sound absorbing material comprising discarded Luffa scraps and polyester fibers. Journal of Cleaner Production, 2020,245:118917

[4] 郭偉娜等. 絲瓜絡纖維的研究進展. 東華大學學報（自然科學版），2025，51（03）：199-210

[5] Yoshimitsu Itoh，et al. Electric double-layer synthesis of a spongelike, lightweight reticular membrane. Science, 2025, July 3: 73-77

本文出品自“科學大院”公眾號（kexuedayuan）。

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