用真菌“织”成衣！科学家开发可编程活体纺织材料
蛹虫草是一种麦角菌科虫草属真菌，俗称“虫草花”，是生活中常见的食材和药材。神奇的是，虫草花除了食用价值和药用价值之外，它的菌丝还能运用在材料制造中。
7月25日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室、合成生物学研究所钟超团队在《科学进展》发表最新研究成果。
团队以蛹虫草菌丝为结构底盘，建立了一个可成形、可加工、可功能化，并能保留生物响应能力的活体纺织材料平台，并利用该平台成功“织”成裙装，有望为自适应、可持续的活体材料设计提供了新思路。
活的菌丝材料
传统的纺织面料主要包括棉、麻、丝、毛等天然纤维，以及涤纶、绵纶等合成纤维。尽管天然纤维亲肤舒适，但其生产往往受限于种植物、土地和水等自然资源，而合成纤维则依赖不可再生的化石资源，在自然环境中难以降解。
随着生物合成与工程技术的发展，目前不少菌丝材料可以被加工成片材布料、皮革材料甚至服装原型。但传统的工艺如高温干燥、压制或化学交联等，会导致真菌失去活性，在材料成型后不能继续生长，损失了微生物原本的生物功能。另外，目前菌丝面料摸起来普遍较脆、容易坏，存在厚度和结构不均、不同批次生产质量不稳定等问题。
为了找到理想的菌丝材料制造方式，钟超团队在实验观察中发现，蛹虫草在液体培养中可以形成相对均一、富含纤维状菌丝的菌丝球。这些菌丝小球在过滤和干燥后能自然连接成片。
“蛹虫草并非在所有方面都优于其他真菌，但特别适合我们设想的材料制造方式，因为它不需要外部支架就能自成一个结构单元，且材料成型后还能保留生物活性。”论文第一作者、深圳先进院合成所助理研究员李柯解释。研究团队将蛹虫草作为材料底盘，将这些菌丝球构建成形状可控的二维、三维材料。为避免蛹虫草菌丝制成的片材干燥后变脆，团队还通过增塑处理使其变得柔软，可折叠、裁剪和缝制。
研究显示，用蛹虫草菌丝制成的4条窄片扭成的细绳，可承载1千克重物，兼具柔韧性和结构强度；处理后的材料触感则更接近柔软的无纺布或轻薄的类皮革材料，也不带以往菌丝面料中常有的“蘑菇气味”。
实现多种生物功能
将蛹虫草菌丝稳定地连接成片之后，如何借助其生物活性，让材料具备更多的功能呢？研究团队按照“结构底盘+功能模块”的设计思路，对蛹虫草菌丝制成的片材进行了“深加工”。
首先，他们引入工程酿酒酵母，使其稳定附着于菌丝网络，并产生浅蓝、红、橙、深紫等颜色，同时不会明显削弱材料的力学性能。
在定制化生长方面，借助蛹虫草菌丝自身的活性，在适宜的营养和适度条件下，研究人员在菌丝片材的局部添加营养液，可引导菌丝按照预设区域生长并形成图案；当材料出现较大缺损时，向受损区域填入新鲜菌丝球，可以让菌丝再次生长，恢复其结构及表面功能。
在自清洁方面，在空气中生成菌丝（气生菌丝）的微观结构，还可使材料表面呈现约145度的水接触角，水滴可快速滚落，从而无需合成涂层也可实现疏水和自清洁。
在抗紫外线和可降解方面，研究团队还开发出全新的功能模块，使片材表面形成富含黑色素的气生菌丝层，从而增强材料的紫外吸收和抗氧化能力。这表明，同一材料底盘可以通过组合不同微生物模块，获得可替换、可拓展的功能。更重要的是，材料在土壤中堆肥40余天后可接近完全降解，显示了其在可持续材料方向的应用潜力。
利用可编程真菌平台制成的艺术纺织品，研究团队供图
菌丝“织”裙子，活体材料设计新思路
团队将不同颜色、不同表面功能的菌丝片材裁剪并缝制成了一条连衣裙，这条裙装的主体由工程酵母参与着色的蓝色菌丝片材组成，领部包含了营养诱导形成的菌丝图案，裙摆则覆盖气生菌丝，以呈现特殊纹理和自清洁表面。
“这项研究的重点并不是为了做出一件裙装，而是验证一种活体材料的设计思路。”论文通讯作者、深圳先进院合成所研究员钟超表示，“以菌丝承担结构功能，再将不同微生物作为可替换的功能模块，可使材料在成形后继续获得环境响应、损伤修复和功能拓展能力。”
利用可编程真菌平台制备真菌纺织成分制成的裙装，研究团队供图
在应用层面，该材料可适用于可降解包装、艺术纺织品和临时展示材料等使用周期可控的场景，有望拓展至响应性纺织品、功能防护表面、环境材料以及部分生物医学材料。
尽管研究团队验证了活体材料在多种使用场景下的可行性，但使用该材料制作的服装尚无法直接穿着。未来，研究团队将进一步探索该活体材料的可持续性应用、人体接触安全性、耐湿性、耐磨性、耐洗性、透气性、长期储存稳定性等，并推动该材料的放大与标准化，优化和改造真菌底盘，使色素、抗菌分子或酶等功能由菌丝自身按需产生。
相关论文信息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed6937
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