基于牡蛎菇属（Oyster mushroom species）的菌丝体材料的声学和力学性能：对Pleurotus ostreatus与Pleurotus eous的比较分析
《Applied Acoustics》：Acoustic and mechanical properties of bio-based mycelium materials from oyster mushroom species: comparative analysis of
Pleurotus ostreatus and
Pleurotus eous
编辑推荐：
蘑菇基复合材料声学与机械性能研究显示，Pleurotus eous（EOU）样品噪声减少系数（NRC）达0.42-0.52，而Pleurotus ostreatus（OST）为0.27-0.34，且OST因菌丝更粗（16.67μm vs 13.8μm）呈现更高抗压强度（19.6-24.3kPa）。淀粉含量和厚度对声学性能影响显著，OST的NRC随淀粉增加而提升，而EOU的NRC受厚度影响更大。研究证实两种真菌基复合材料在声学与机械性能上具有互补性，为可持续建筑声学材料设计提供新框架。
塔尼亚蓬·丹提普（Tanyaporn Damthip）| 努尔-阿斯林·哈玛（Nur-asrin Hama）| 萨猜·孔纳孔（Sakchai Khongnakhon）| 本贾万·扬维塞特帕克迪（Benjawan Yanwisetpakdee）| 波尔法特·鲁安查罗恩（Polphat Ruamcharoen）| 普林通·查恩勒特（Purintorn Chanlert）
泰国宋卡府宋卡拉贾巴特大学（Songkhla Rajabhat University）科学与技术学院物理系
摘要
本研究探讨了基于两种真菌菌丝的复合材料（MBCs）的声学和力学性能。这两种真菌分别是Pleurotus ostreatus（灰平菇）和Pleurotus eous（粉平菇）。这些复合材料在含有不同淀粉含量（3–9%）的锯末基质上培养，并制成两种厚度（20毫米和40毫米）的样品，随后对其吸声系数（SAC）和抗压强度进行了评估。结果表明，由Pleurotus eous制成的复合材料具有约0.42–0.52的降噪系数（NRC），而由Pleurotus ostreatus制成的复合材料NRC值较低，约为0.27–0.34，具体取决于厚度。此外，由Pleurotus ostreatus制成的复合材料具有更密集的菌丝结构（菌丝直径为16.67微米，而Pleurotus eous为13.8微米），因此其抗压强度较高（19.6–24.3千帕），但由于表面致密化和阻抗增加，吸声系数较低。方差分析（ANOVA）显示，不同真菌种类之间存在显著的设计差异；淀粉含量对Pleurotus ostreatus样品的NRC有显著影响，而样品厚度则对Pleurotus eous样品的NRC和低频/高频范围内的平均吸声性能起决定性作用。值得注意的是，对淀粉进行改性以调节吸声性能并未影响两种真菌材料的机械性能。这些发现表明：Pleurotus eous更适合用于高性能吸声器，而Pleurotus ostreatus则适用于半结构性的、非承重的声学应用，为可持续建筑材料的物种导向设计提供了依据。
引言
建筑业推动了全球发展，但同时也是气候变化的主要贡献者，传统材料如混凝土在生产普通波特兰水泥（OPC）等过程中产生了约5%的全球二氧化碳排放[1]。为此，研究人员探索了可持续的生物基替代材料，这些材料在建筑环境中具有更低的环境影响和更高的能源效率[2]。这些材料旨在提升建筑性能，同时减少污染和资源消耗，符合全球发展低碳、有韧性和循环型建筑系统的目标[3],[4]。
除了环境性能外，建筑还必须考虑声学舒适性，这对居住者的福祉至关重要。因此，天然多孔材料被广泛研究作为吸声器和隔音材料[5]。这类材料根据其内部结构和声音衰减机制，通常被分类为蜂窝状、颗粒状或纤维状吸声器[6]。蜂窝状吸声器（包括生物基泡沫[7],[8]和气凝胶[9]）通过相互连接的孔隙网络消散声音；颗粒状吸声器（如回收橡胶碎屑[10]、果核[11]和白蚁丘土壤[12]）依靠颗粒间的相互作用来散射和吸收声能；纤维状吸声器（包括甘蔗渣[13]、肯纳夫[14]、水葫芦[15]、尼帕棕榈[16]和棕榈榈[17]）则利用交织的纤维结构增强宽带吸声效果。此外，热带木材材料作为天然吸声器也受到了越来越多的关注。M. cajuputi、A. mangium和M. indica等物种由于其固有的多孔性、广泛的可用性以及通过简单环保改性手段即可提升性能的特点，展示了良好的声学性能[18]。这些材料为传统声学处理方法提供了可持续的替代方案，有助于打造声学优化的建筑[19],[20]。
在这个更广泛的背景下，真菌的菌丝网络作为一种特别有前景的生物基材料，被应用于从包装到建筑的各种领域[21],[22]。随着人们对传统建筑材料生态足迹的关注日益增加，基于菌丝的复合材料（MBCs）作为可再生、可生物降解且低影响的替代品受到了越来越多的关注[23],[24]。菌丝的微观结构（由相互连接的纤维网络组成）赋予了其机械完整性和功能多样性，使其成为可持续建筑材料的理想候选者[25]。在各种真菌属中，Pleurotus因其能够形成致密且坚韧的菌丝垫而受到特别关注，这使其适合用于生物制造[26]。尽管之前的研究已经探讨了MBCs的隔热性、防火性和生物降解性[27],[28]，但其在声学行为和力学性能方面的研究（尤其是在不同物种间的比较中）仍然不足[29],[30]。
在Pleurotus属中，Pleurotus ostreatus（灰平菇）以其快速的菌丝生长能力和形成致密纤维网络的能力而闻名[31]。Pleurotus eous（粉平菇）则因其能够在多种基质上生长，并且耐受广泛的温度范围而受到认可，适用于多种气候条件下的栽培。此外，一些Pleurotus物种具有较高的产量潜力，这使其成为商业蘑菇生产的理想选择[32],[33]。除了其食用价值外，这些Pleurotus物种快速生长、致密生长的特性以及适应多种基质的能力，也使其成为生物制造的理想候选者[34]。利用菌丝作为天然自生长粘合剂，可以将丰富的农业废弃物转化为功能性、低碳且完全可生物降解的复合材料，从而减轻传统建筑材料的环境负担[35],[36]。尽管前景广阔，但目前尚未系统地比较过基于Pleurotus的复合材料的声学性能、降噪系数（NRC）、频率依赖的吸声行为和关键力学性能。特别是需要评估其抗压强度和弹性模量，以确定它们是否适合用于轻质、非承重的建筑应用[37]。
因此，本研究对基于Pleurotus ostreatus（OST）和Pleurotus eous（EOU）的复合材料的声学和力学性能进行了对照研究。通过全因子设计，系统评估了真菌种类、淀粉含量和样品厚度对频率依赖的吸声性能、NRC和抗压响应的影响。利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察到的微观结构特征来解释不同物种间的吸声行为差异。本研究中的复合材料旨在用于非结构性的室内声学应用，如吸声面板，其中重点考虑的是轻质性、可持续性和吸声性能，而非隔音或承重结构用途。研究结果为生物基多孔吸声器的设计提供了重要的声学参考。
实验部分
菌种培养
复合材料使用Pleurotus ostreatus（OST）和Pleurotus eous（EOU）作为真菌菌株制备。通过将相应的蘑菇菌株接种到灭菌的土豆葡萄糖琼脂（PDA）平板上培养菌种。平板在常温条件下培养10–15天，以确保菌丝完全占领琼脂介质。培养完成后，即可将其接种到准备好的基质中。
样品特性
从图3可以看出，OST样品的表面比EOU样品更光滑、更均匀，而EOU样品则呈现出明显的多孔结构。这种视觉差异凸显了两种真菌菌丝独特的生长模式和结构特征，这些特征显著影响了它们的物理和声学性能。热干燥后，菌丝复合材料样品会出现尺寸收缩现象。尽管新脱模的样品最初看起来
结论
由Pleurotus ostreatus（OST）和Pleurotus eous（EOU）制成的基于菌丝的复合材料（MBCs）是可行的、可持续的声学应用材料，其性能受到不同物种特有微观结构的支配。EOU样品表现出更高的吸声性能，表现为更高的降噪系数（NRC），这与其更细的菌丝直径（13.8微米）和更多的孔隙结构有关。相比之下，OST样品具有更密集、更致密的菌丝网络
作者贡献声明
塔尼亚蓬·丹提普（Tanyaporn Damthip）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论、研究、数据分析、数据整理。努尔-阿斯林·哈玛（Nur-asrin Hama）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法论、研究、数据分析。萨猜·孔纳孔（Sakchai Khongnakhon）：撰写 – 审稿与编辑、监督、研究、数据分析。本贾万·扬维塞特帕克迪（Benjawan Yanwisetpakdee）：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、监督、研究、数据分析。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者感谢宋卡拉贾巴特大学科学与技术学院提供的设备和实验室设施，这些条件对于完成本研究至关重要。本研究的部分内容目前正在泰国专利注册过程中，申请号为2503002919。
