Pilze erzeugen nützliches lebendes Material von Emulsionen bis hin zu Batterien

Fortschrittliche Materialien

Redaktion der Website für technologische Innovationen - 15.05.2025

Der Pilzfilm reagiert reversibel auf Feuchtigkeit und fungiert als biobasierter Feuchtigkeitssensor. [Bild: Empa]

Lebende Materialien

Die Arbeit mit Materialien wie Zellulose, Lignin oder Chitin ist ein bewährter Weg, da alle diese biobasierten Materialien nachhaltig produziert werden können und die daraus resultierenden Produkte biologisch abbaubar sind.

Die Wahrheit ist jedoch etwas komplizierter, denn obwohl diese Substanzen in ihrer reinen Form biologisch abbaubar sind, erbringen sie oft keine optimale Leistung. Und chemische Verarbeitungsschritte, die dazu dienen, sie stärker, widerstandsfähiger oder flexibler zu machen, beeinträchtigen letztlich ihre Nachhaltigkeit. Aus diesem Grund gibt es so viele Vorwürfe des „ Greenwashing “ gegen diese Initiativen.

Die gute Nachricht ist, dass Sie diese Win-Lose-Situation vermeiden können, indem Sie sich eingehender mit dem „biologischen“ Aspekt des Themas befassen: Arbeiten Sie einfach mit wirklich lebenden Materialien .

Ashutosh Sinha und Kollegen an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA) haben ein biobasiertes Material entwickelt, das nicht nur vollständig biologisch abbaubar, sondern auch reißfest ist und über vielseitige funktionale Eigenschaften verfügt. Und das alles mit minimalen Verarbeitungsschritten und ohne Chemikalien – man kann das Zeug sogar essen.

Pilzkultur des Judasohrpilzes im Kulturmedium. [Bild: Empa]

Optimierung der Natur

Grundlage des neuen Materials ist das Myzel des Judasohrs ( Schizophyllum commune ), eines weit verbreiteten Speisepilzes, der auf abgestorbenem Holz wächst.

Myzelien sind filamentöse, wurzelartige Pilzstrukturen, die bereits aktiv als potenzielle Ausgangsstoffe erforscht werden. Doch anstatt die Myzelfasern – die sogenannten Hyphen – zu reinigen und chemisch zu verarbeiten, verwendeten Sinha und seine Kollegen das Myzel als Ganzes. Während seines Wachstums bildet der Pilz nicht nur Hyphen, sondern auch die sogenannte extrazelluläre Matrix, ein Netzwerk aus verschiedenen faserartigen Makromolekülen, Proteinen und anderen biologischen Substanzen, die lebende Zellen absondern.

„Der Pilz nutzt diese extrazelluläre Matrix, um sich Struktur und andere funktionelle Eigenschaften zu verleihen. Warum sollten wir nicht dasselbe tun?“ rechtfertigte Sinha.

Doch das Team ging noch weiter und erreichte eine zusätzliche Optimierung gegenüber der Natur. Aus der enormen genetischen Vielfalt des Judasohrpilzes wählten sie einen Stamm aus, der besonders hohe Konzentrationen zweier spezifischer Makromoleküle produziert: das langkettige Polysaccharid Schizophyllan und das seifenartige Protein Hydrophobin.

Aufgrund ihrer Struktur reichern sich Hydrophobine an den Grenzflächen zwischen polaren und unpolaren Flüssigkeiten wie Wasser und Öl an. Schizophyllan ist eine Nanofaser, die weniger als einen Nanometer dick, aber über tausendmal länger ist. Zusammen verleihen diese beiden Biomoleküle dem lebenden Myzel Eigenschaften, die es für ein breites Anwendungsspektrum geeignet machen.

Dank der Hilfsmoleküle in ihrer extrazellulären Matrix sind Myzelfasern gute natürliche Emulgatoren – sie sind sogar essbar. [Bild: Empa]

Von Emulsionen zu Batterien

Die Vielseitigkeit des lebenden Materials wurde anhand zweier Anwendungen demonstriert: einer Kunststofffolie und einer Emulsion. Emulsionen sind Mischungen aus zwei oder mehr Flüssigkeiten, die sich normalerweise nicht vermischen, wie beispielsweise die Zutaten in Salatdressings, Mayonnaise und vielen Kosmetika, Farben und Lacken.

Es ist schwierig, diese Emulsionen so zu stabilisieren, dass sie sich im Laufe der Zeit nicht in einzelne Flüssigkeiten trennen. Hier zeigt das lebende Myzel seine Stärke: Sowohl die Schizophilinfasern als auch die Hydrophobine fungieren als Emulgatoren, und der lebende Pilz gibt immer mehr dieser Moleküle frei. „Dies ist wahrscheinlich die einzige Art von Emulsion, die mit der Zeit stabiler wird“, sagte Sinha. „Daher ist der Einsatz als Emulgator in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie besonders interessant.“

Für die zweite Demonstration wurde das Myzel in Form dünner Filme hergestellt – praktisch lebendes Papier. Die extrazelluläre Matrix mit ihren langen schizophilen Fasern verleiht dem Material eine hervorragende Zugfestigkeit, die durch die gezielte Ausrichtung der darin enthaltenen Pilz- und Polysaccharidfasern noch weiter verbessert werden kann. Dadurch eignet sich das lebende Pilznetzwerk für Anwendungen mit klassischen Materialien. „Unser Myzel ist sozusagen ein Verbund aus lebenden Fasern“, sagte Sinha.

Myzel bietet außerdem vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten in der nachhaltigen Elektronik, einem aufstrebenden Bereich, der als Myceliotronik bekannt ist. Pilzmaterial zeigt beispielsweise eine reversible Reaktion auf Feuchtigkeit und kann zur Herstellung biologisch abbaubarer Feuchtigkeitssensoren verwendet werden. Bei einer anderen Anwendung, an der das Team derzeit arbeitet, wird das lebende Material kombiniert, um biologisch basierte Batterien , eine Pilz-Biobatterie und eine Papierbatterie herzustellen. „Wir wollen eine kompakte, biologisch abbaubare Batterie herstellen, deren Elektroden aus lebendem ‚Pilzpapier‘ bestehen“, kündigte Sinha an.

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