科学家利用真菌研制活体材料

来自瑞士联邦材料科学与技术研究所(Empa)纤维素与木材材料实验室的研究人员现已开发出一种生物基材料，巧妙地避免了这种折衷。它不仅完全可生物降解，而且耐撕裂，并具有多种功能特性。这一切只需最少的加工步骤且无需化学物质——你甚至可以食用它。它的秘密在于：它是活的。

自然优化

研究人员使用裂褶菌（一种广泛生长于枯木上的可食用真菌）的菌丝体作为其新型材料的基础。菌丝体是根状的丝状真菌结构，作为一种潜在的材料来源已被积极研究。通常，菌丝纤维——称为菌丝——会被清洗，并在必要时进行化学处理，这导致了上述性能与可持续性之间的取舍。

Empa的研究人员选择了不同的方法。他们不去处理菌丝体，而是将其整体利用。在生长过程中，真菌不仅形成菌丝，还形成所谓的胞外基质：这是一个由各种纤维状大分子、蛋白质和活细胞分泌的其他生物物质组成的网络。"真菌利用这种胞外基质赋予自身结构和其他功能特性。我们为何不效仿呢？" Empa研究员Ashutosh Sinha解释道。"大自然已经开发出了一个优化的系统，"纤维素与木材材料实验室负责人Gustav Nyström补充道。

通过一点额外的优化，研究人员助了自然一臂之力。他们在裂褶菌庞大的遗传多样性中筛选出了一个菌株，该菌株能产生特别高水平的两种特定大分子：长链多糖裂褶菌多糖（schizophyllan）和肥皂状蛋白质疏水蛋白（hydrophobin）。由于其结构特性，疏水蛋白会聚集在极性液体与非极性液体（例如水与油）之间的界面上。裂褶菌多糖是一种纳米纤维：厚度小于1纳米，但长度却是厚度的千倍以上。这两种生物分子共同赋予了活体菌丝体材料多种特性，使其适用于广泛的应用。

活的乳化剂

研究人员在实验室中展示了他们材料的多功能性。在他们近期发表于期刊Advanced Materials的研究中，他们展示了这种活体材料的两种可能应用：类塑料薄膜和乳液。乳液是两种或多种通常互不相溶的液体的混合物。打开冰箱就能看到实例：牛奶、沙拉酱或蛋黄酱都是乳液。各种化妆品、油漆和清漆也以乳液形式存在。

一项挑战是稳定此类混合物，使其不会随时间推移而分离成单独的液体。这正是活体菌丝展现其优势之处：裂褶菌多糖纤维和疏水蛋白都充当乳化剂。而且真菌会持续释放更多这些分子。"这可能是唯一一种随时间推移而变得更稳定的乳液类型，"Sinha说。真菌菌丝本身及其胞外分子都完全无毒、生物相容且可食用——裂褶菌在世界许多地方是常规食用菌。"因此，它在化妆品和食品工业中作为乳化剂的应用尤其令人感兴趣，"Nyström说。

从堆肥袋到电池

活的真菌网络也适用于经典的材料应用。在第二项实验中，研究人员将菌丝体制成薄膜。含有长裂褶菌多糖纤维的胞外基质赋予该材料极好的拉伸强度，通过定向排列其中的真菌纤维和多糖纤维可进一步增强强度。

"我们将成熟的纤维基材料加工方法与新兴的活体材料领域相结合，"Nyström解释道。Sinha补充道："可以说，我们的菌丝体是一种活的纤维复合材料。"研究人员可以通过改变真菌生长的条件来控制真菌材料的特性。使用其他产生不同功能大分子的真菌菌株或物种也是可行的。

使用活体材料也带来了一些挑战。"可生物降解材料总是会对其环境作出反应，"Nyström说。"我们希望找到这种互动不是阻碍甚至可能成为优势的应用场景。"然而，对于这种菌丝体来说，其可生物降解性只是故事的一部分。它同时也是生物降解者：裂褶菌能主动分解木材和其他植物材料。Sinha由此看到了另一个潜在应用："它可用于制造能自行堆肥有机废物的袋子，取代可堆肥塑料袋，"这位研究人员说。

在可持续电子领域，这种菌丝体也有前景广阔的应用。例如，该真菌材料对湿度表现出可逆反应，可用于制造可生物降解的湿度传感器。Nyström团队目前正在研究的另一项应用是将活体材料与纤维素与木材材料实验室的另外两个研究项目相结合：真菌生物电池和纸电池。"我们希望生产一种紧凑型可生物降解电池，其电极由活的'真菌纸'构成，"Sinha说。