通过菌丝浆化工艺改善曲霉菌菌丝生物材料的拉伸性能和润湿性

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Improving the Tensile Properties and Wettability of Aspergillus Mycelium Biomaterial through a Mycelial Pulping Process

真菌菌丝体经NaOH脱乙酰基和NaOH/H2O2氧化改性后，形成高结晶纤维网络，显著提升机械强度（15.5MPa）和水吸收能力（140%），符合绿色化学原则，适用于可持续材料开发。

　　

真菌菌丝体提供了一个可再生、可生物降解的聚合物平台，可用于替代先进可持续应用中的石油基材料。其固有的三维纤维网络具有天然的多孔结构，为开发环保功能材料提供了广阔的潜力。然而，未经处理的菌丝体通常机械强度较低且吸水性较差，因此需要通过化学改性来改善其结构与性能之间的关系。本研究通过两种方法对经过浸泡发酵得到的菌丝体进行了改性：(i) 使用NaOH进行脱乙酰化处理，将几丁质转化为壳聚糖；(ii) 使用NaOH/H₂O₂进行氧化制浆，以去除基质聚合物并提取有序排列的纤维。NaOH处理后得到的壳聚糖网络含有游离氨基，增强了链间氢键作用和表面极性，从而显著提高了拉伸强度，这与壳聚糖已知的机械强度特性一致。氧化制浆进一步去除了无定形的细胞壁成分，并使聚合物材料被挤压成扁平状，使菌丝纤维更加紧密排列。这些变化伴随着结晶度的显著提高，类似于木质纤维素制浆过程中的脱木素和纤维化过程，这些过程能够改善纤维之间的结合强度。扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）分析证实，制浆后菌丝体从多孔网络转变为致密、高度有序的纤维片层。因此，制浆后的材料表现出优异的性能：最终拉伸强度为15.5 MPa，伸长率为4.6%，吸水率为140%，远高于未经改性的菌丝体和原始菌丝体样本。这些指标表明该材料具有良好的强度与吸水性的平衡，高吸水性体现了其有效的流体吸收能力。值得注意的是，这些改性过程仅使用了水基的NaOH和H₂O₂，符合绿色化学的原则。因此，经过改性的、富含壳聚糖的菌丝体具有出色的机械强度、柔韧性和高吸水性，使其成为可持续应用中极具前景的可持续和可生物降解材料。