北京
本报记者 徐 馨
尼斯特罗姆展示密封的真菌电池。
培养基中的裂褶菌。 以上图片均为瑞士联邦材料科学与技术研究所提供
在地球上，真菌几乎无处不在。一方面，泡菜、啤酒、奶酪、巧克力等食物的生产都离不开真菌，青霉素、头孢菌素、环孢素等药品的生产也依赖于真菌。另一方面，造成食物腐烂的“罪魁祸首”也是真菌。有些真菌还是致病病原体，具有高致癌性的黄曲霉毒素就是真菌毒素的一种。
在科研人员看来，拥有如此多面孔的真菌则是探索不尽的宝藏。最近，瑞士联邦材料科学与技术研究所发布了与真菌有关的新成果：真菌生物电池和真菌基“塑料薄膜”，展现了真菌在可持续能源和环保材料领域的开发潜力。
“我们首次将两种真菌结合起来，成功制造出微生物燃料电池。真菌电池可以在干燥状态储存，在需要时通过添加水和营养物质即可激活它们。”该研究所纤维素和木材材料实验室研究员卡洛琳娜·雷耶斯介绍说，两种真菌的代谢过程可以相互补充：阳极为一种酵母真菌，可在代谢糖类过程中释放电子；阴极则是白腐真菌，可产生一种特殊的酶即漆酶，捕获电子并将其导出电池。相比于传统电池，真菌生物电池完全无毒，非常环保。电池使用完后，真菌还可将纤维素基电极作为营养物质，有助于电池分解。
更有趣的是，科研人员并不是将可以“发电”的真菌“种植”到电池里，而是把真菌细胞“汇入”到用于电池组件3D打印的“墨水”中，然后再打印成电极结构。这一方法说起来容易做起来难。“3D打印提供了许多便利，但是如何找到一种能让真菌持续保持活性的柔性生物基材料颇具挑战。”纤维素和木材材料实验室负责人古斯塔夫·尼斯特罗姆解释道，这种“墨水”必须易于挤出且能保持真菌活性，同时需具备导电性和生物降解性。经过反复试验比较，研究人员最终成功制备出合适的“墨水”。“真菌生物电池所用的墨水以纳米纤维素水凝胶为基质，随后与碳颗粒(炭黑和石墨)结合以提供电子导电性，并包含真菌细胞及细胞所需的营养物质。墨水的制备及打印过程中电极的导出，必须在保持细胞存活的条件下进行。避免过高的剪切力，是该研究开发过程中的关键环节。”尼斯特罗姆对记者说。
目前，该电池在实验室环境下可稳定输出0.3伏电压，持续供电达120小时，已成功驱动物联网传感器工作。研究人员正努力让真菌电池更强大、更耐用，并继续寻找其他适合供电的真菌种类。随着真菌电池技术的进一步发展，未来有望应用于农业环境监测、医疗植入设备等场景，助力人类社会减少电子垃圾。
同样基于真菌生物特性制成的“塑料薄膜”，由裂褶菌的菌丝构成。裂褶菌因其独特的菌褶在干燥时会裂开而得名。这种真菌可以休眠数十年，并在遇到水分时复活。菌丝在生长过程中会形成致密的三维网状结构，这给科研人员制造塑料带来了启发。但由于菌丝的强度、柔韧性等性能逊于石油基塑料，以往都需要通过化学加工来提高性能，这就使其环保性打了折扣。
此次瑞士联邦材料科学与技术研究所研究的贡献在于，利用真菌自身生成的物质来加强材料性能。“真菌可以利用细胞外基质为自身提供结构和其他功能，我们为什么不这样做呢？”研究员阿什图什·辛哈介绍说，通过工业上比较成熟的液体培养和机械解纤技术，实验室成功制备出均匀分散的活体菌丝纤维，保留其代谢活性，用于后续材料构建。之后，这些活体菌丝纤维可以在不添加营养的情况下，依赖储存的能量继续生长以扩展网络结构。这些活体纤维还是天然的乳化剂，可以自修复。在其作用下，材料相分离速度是传统材料的27%，活体薄膜的抗拉强度增加了2.5倍，远超目前最强的纯菌丝体材料。
在雷耶斯和尼斯特罗姆看来，真菌在材料科学领域仍处于研究不足和利用不足的状态。相关统计显示，瑞士消耗的塑料中约75%是一次性包装。如果真菌薄膜未来投入产业应用，将极大缓解塑料对环境的危害。
中国科学院微生物研究所研究员张延平表示，上述相关研究展示出真菌学的研究边界在不断延展，真菌的应用领域在不断丰富。真菌的研究不止于传统的食品、医药和健康等领域，真菌菌丝体材料在材料学领域特别是环保材料方面也有很大发展空间。近年来，科研人员基于真菌代谢产物多糖、菌丝体等天然可降解、生物相容性好的特性，正在开发各种可降解的功能性材料，如纳米纤维膜、菌丝体皮革以及可3D打印的生物基建筑材料等；也有研究利用真菌代谢产生的某些酶或多糖等，用于微塑料降解、重金属吸附等污染治理领域。总之，发掘真菌资源、利用真菌代谢的多样性开展研发工作，大有可为。
《 人民日报 》( 2025年07月15日 17 版)
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