科學家們開發出了真菌混凝土,一種用稱為菌絲體的真菌根網制成的糊狀物,作為建筑材料。將其注入針織紡織框架中可產生一種復合材料,該材料比以前由真菌制成的生物材料更堅固、用途更廣泛,最終可用于建造對環境影響較小的輕型建筑。
希望減少建筑業對環境影響的科學家們開發出了一種利用針織模具和真菌根網種植建筑材料的方法。盡管研究人員之前已經嘗試過類似的復合材料,但有機材料的形狀和生長限制使其很難開發出發揮其潛力的多種應用。使用針織模具作為靈活的框架或“模板”,科學家們創造了一種名為“mycocrete”的復合材料,它在形狀和形式方面更堅固、更通用,使科學家們能夠種植出輕質且相對環保的建筑材料。
“我們的目的是利用菌絲體與羊毛、鋸末和纖維素等生物基材料相結合,改變建筑空間的外觀、感覺和健康,”《生物工程和生物技術前沿》論文的通訊作者、紐卡斯爾大學的 Jane Scott 博士 說。這項研究是由活性紡織品研究小組的設計師、工程師和科學家組成的團隊進行的,該研究小組是建筑環境生物技術中心的一部分,該中心是紐卡斯爾大學和諾森比亞大學的合資企業,由英國研究中心資助。
為了利用菌絲體(真菌根網絡的一部分)制造復合材料,科學家將菌絲體孢子與它們可以食用的谷物和它們可以生長的材料混合。將這種混合物裝入模具中,并放置在黑暗、潮濕和溫暖的環境中,以便菌絲體生長,將基質緊密地粘合在一起。一旦達到合適的密度,但在開始產生我們稱為蘑菇的子實體之前,它就會被干燥。這一過程可以為泡沫、木材和塑料提供廉價、可持續的替代品。但菌絲體需要氧氣才能生長,這限制了傳統剛性模具的尺寸和形狀并限制了當前的應用。
針織紡織品提供了一種可能的解決方案:透氧模具可以隨著菌絲體的生長從柔性變為僵硬。但紡織品的屈服強度可能太大,并且很難一致地包裝模具。斯科特和她的同事著手設計一種菌絲體混合物和一個可以挖掘針織形式潛力的生產系統。
“針織是一種用途極其廣泛的 3D 制造系統,”Scott 說道。“它重量輕、靈活且可成型。與其他紡織工藝相比,針織技術的主要優勢是能夠無接縫、無浪費地編織 3D 結構和形式。”
科學家們制備了傳統菌絲體復合材料的樣品作為對照,并與菌絲體樣品一起生長,菌絲體樣品還含有紙粉、紙纖維團、水、甘油和黃原膠。這種糊劑被設計成用注射槍輸送到針織模板中,以提高包裝的一致性:根據研究,糊劑需要具有足夠的液體以滿足輸送系統的需要,但又不能太液態以至于無法保持其形狀。
他們計劃的測試結構的管子是用美利奴羊毛紗線編織的,經過消毒,并在填充漿料時固定在剛性結構上,這樣織物張力的變化就不會影響菌混凝土的性能。
干燥后,對樣品進行拉伸、壓縮和彎曲強度測試。事實證明,菌絲體樣品比傳統的菌絲體復合材料樣品更堅固,并且優于沒有針織模板生長的菌絲體復合材料。此外,模板的多孔針織物提供了更好的氧氣利用率,并且在其中生長的樣品在干燥時的收縮小于大多數菌絲體復合材料,這表明可以實現更可預測和一致的制造結果。
該團隊還能夠構建一個名為 BioKnit 的更大的概念驗證原型結構,這是一個復雜的獨立式圓頂,由單件構成,由于采用靈活的針織形式,沒有可能被證明是弱點的連接處。
斯科特說:“與永久性針織模板結合使用的菌絲混凝土的機械性能是一項重大成果,也是朝著在建筑中使用菌絲體和紡織品生物混合物邁出的一步。” “在本文中,我們指定了實現特定目標所需的特定紗線、基材和菌絲體。然而,有很多機會使這種配方適應不同的應用。生物制造建筑可能需要新的機器和技術才能將紡織品轉移到建筑領域。”