3D打印出碎片，菌丝：别急，我自己把自己长到一起去

作为一种高自由度、低损耗的可持续制造手段，3D打印正在深刻改变菌丝体材料的生长路径与构造方式。这种从传统翻模到数字制造的转换，使得菌丝体构件不再局限于简单的几何形态。由此，建筑师与艺术家们也开始思考，如何利用这一技术让菌丝体材料场景真正融入建筑设计的实操。

菌丝体是真菌吸收营养的根系，也是一种天然的生物粘合剂，因其能够通过自然生长将松散的基质连接并整合为具有一定结构强度的整体，成为一种极具潜力的生物基材料。

然而，依赖模具的成型方式不仅限制了构件的几何形态，更因无法干预菌丝在材料内部的生长走向，容易导致物理性能分布不均，难以满足复杂构件对定制化形态与高性能力学表达的需求。

在这一背景下，3D打印菌丝体材料逐渐发展成为一种新的制造路径。该方法将菌丝体的生物生长过程与数字化成型能力相结合，通过制备可挤出的基质，将材料按照预设路径和几何结构逐层沉积。

根据操作式的不同，这一工艺可分为两类：其一为后接种式（Post-Inoculation），即先完成基质打印，再进行菌丝体接种，该方式有利于在打印阶段维持材料稳定性与无菌环境。

其二则是在打印前将菌丝体与基质预先混合，制备成具备生物活性的“生物墨水”，使菌丝体在成形过程中同步参与结构构筑，可显著增强打印件层间结合力与整体完整性，但对打印环境条件及菌种活性的要求更为严苛。

无论采用何种工艺，菌丝体在构件成形后的持续生长，均可使内部结构不断自组装与整合，最终形成力学强度更高、形态设计更灵活的一体化结构。

本文将首先针对后接种式的工艺路径展开深度解析；而关于生物墨水的构建，则会在下篇中进行详细探讨。

在将菌丝体材料引入3D 打印工艺时，需要在生长条件与制造可行性之间取得平衡，这对材料与工艺提出了若干关键约束。首先，就是保证操作过程中的环境无菌性。

灭菌是菌丝体3D 打印的底层逻辑。其核心在于通过严密的污染控制，确立真菌在基质中的绝对竞争优势，使其能在不受杂菌或霉菌干扰的环境下自由生长。这也正是一些项目倾向于“先打印、后接种”的主要原因之一：在非活性状态下完成构件塑造，能最大限度降低打印过程中的染菌风险，为后续菌丝体的精准定殖预留一个更为纯净的生长空间。

其次，菌丝体基质的状态至关重要。一方面，它需在打印过程中具备良好的挤压性，以实现稳定而均匀的沉积；另一方面，作为构件的承载结构，基质在后续菌丝体生长阶段必须保持结构完整性与形态稳定性（Mohseni et al., 2023）。

「模块化生长与生物焊接」

当菌丝体基质满足生长条件后，构件尺度的拓展会随之带来新的制备难题。

受限于3D打印设备的成型尺寸，大尺度构件通常难以一次性打印成型。因此，将整体构件拆分为若干单元进行分段制备，已成为菌丝体材料规模化应用的常用策略。例如，荷兰设计工作室Klarenbeek & Dros在2026年提出的菌丝体浮雕面板，便通过模块化单元拼接，实现了大尺度与美学表达兼具的结构效果。然而，菌丝体材料的模块化设计并非仅停留在物理层面的简单拼接，其核心优势在于依托材料自身生长特性实现的“生物焊接”（Bio-welding）。

该方法通常先对各菌丝体单元分别进行3D打印与菌种定殖，在菌丝仍处于活跃生长阶段时，将相邻模块在界面处贴合组装。依托菌丝体自身的延伸、穿插与缠绕特性，界面处的菌丝网络可相互交织贯通，使原本独立的模块在后续培养过程中，最终整合为结构连续的整体。

左：荷兰设计工作室Klarenbeek & Dros制作的浮雕菌丝体面板 右：生物焊接,Bio-Ex-Machina

荷兰Officina Corpuscoli工作坊与Co-de-iT合作的Bio-Ex-Machina项目，便直观呈现了这一生长融合机制（如图所示）。

此外，两项基于菌丝体复合材料的3D打印大尺度构件案例——瑞典隆德大学团队在2020年研发的Pulp Faction项目，以及伦敦Blast Studio于2022年完成的柱状构件，同样受限于打印设备尺寸，均采用了“模块化制备+后期整合”的思路，借助菌丝体的自然生长实现模块间的无缝连接。

图左：Pulp Faction（2020); 图右：柱子,Blast Studio（2022）

以菌丝体的持续生长作为连接机制的“生物焊接”策略，已经成为近年来复合材料研究中的一项重要探索。

2022年新加坡格拉茨理工大学建筑与媒体学院，Shape Lab研究小组开发了一种名为MyCera的新材料，由未烧制陶瓷粘土、木屑与菌丝体共同组成。该研究通过引入菌丝体在生长过程中形成的延伸与缠绕作用，使粘土基质在无需烧制的条件下整合为具有整体性的高强度复合结构。（如图）。

使用Delta WASP 40100 粘土进行3D 打印菌丝体 （图片：TU Geaz & Shape Lab）

为了规避打印时的灭菌难题，研究小组采取了先完成粘土基质打印、后进行菌丝接种的工艺路径。在制作阶段，研究小组使用Delta WASP 40100 Clay打印机进行基质的打印。该设备因其开放式的材料系统，可以加工不同成分的糊状材料，常用于加工菌丝体材料。

MyCera采用的打印机机型：Delta WASP 40100 Clay

另外，研究小组因为 高耐受性和快速生长速度 的特性，选择了平菇（Pleurotus Ostreatus）作为实验中接种的菌种。

平菇（Pleurotus ostreatus）的菌丝具有高耐受性和快速生长速度而被选作试验的菌种（图片：TU Geaz & Shape Lab）

具体工艺流程可分为5个步骤：

（1）利用3D打印机完成粘土构件的几何成型。（2）将构件单元装入灭菌袋进行高压蒸汽灭菌，构建无菌生长环境。（3）为实现均匀接种，将带有平菇菌丝的琼脂块放入装有液体培养基的烧杯中，通过磁力搅拌制备菌丝悬浮液。（4）待灭菌后的构件冷却至室温，使用注射器吸取菌丝悬浮液，并注入构件内部，在受控环境下完成初期接种与定殖。（5）待菌丝体充分生长后，将构件从灭菌袋中取出，最终获得结构强度更高的菌丝体‑粘土复合材料构件——MyCera。

1）构件单元在打印完成后被置入灭菌袋中，并通过高压灭菌进行处理. 2）将琼脂菌丝体转移至盛有液体培养基的烧杯中，在磁力搅拌器作用下制备孢子悬浮液. 3）利用注射剂抽取孢子悬浮液. 4）利用注射器将孢子悬浮液接种至构件里. 5）待菌丝体完成生长后，从灭菌袋中取出. 6）未接种菌种的粘土构件与经菌丝体定殖形成的粘土复合材料构件.

对MyCera的拉伸强度测试结果表明，菌丝体可显著提升粘土基材的力学性能。其中，沿3D打印路径方向（打印丝条自身）的拉伸强度提升幅度达66.62%，层与层之间的拉伸强度提升32.34%。该结果不仅验证了菌丝体与3D打印工艺的高度适配性，更借助菌丝体的生长自组装特性，弥补了传统粘土打印构件易分层、层间结合弱的性能缺陷，为轻量化、定制化陶瓷构件的设计与制备提供了全新的材料思路与技术方案。

MyCera体系验证了菌丝体对粘土构件的增强效应，但该体系存在菌丝接种与定殖分布不均的问题，难以实现对基体的全域包覆与增强。针对这一局限，新加坡南洋理工大学机械与航空航天工程学院的Deepak Sharma与Hortense Le Ferrand团队于2025年提出基于3D打印刚性多孔支架的构筑方案，实现了菌丝体在构件内外的均匀定植与包覆。该方案以废弃木材与农业废弃物制备木质PLA复合线材（可生物降解3D打印耗材），通过3D打印成型具有贯通孔隙的仿生多孔支架。研究采用浸涂法，将蛋白胨-麦芽琼脂（PMA）营养液均匀涂覆于支架表面并接种灵芝菌丝，在保障结构刚度的同时，为菌丝生长提供稳定营养供给（如图）。

可持续菌丝砖的制备方法. 利用低成本的废弃木材和玉米等生物基原材料, 将其转化为3d打印材料, 用于制备3D打印多孔支架. 然后, 通过浸涂法, 在支架上涂覆富含营养的蛋白胨-麦芽琼脂（PMA）溶液. 之后, 接种菌丝体并培养21天, 形成菌丝体复合砖.

在菌丝体接种后的14-21天里，菌丝体就能够逐步生长并完全覆盖木质-PLA支架，形成菌丝体-木质PLA的复合‘砖块’。

灵芝菌丝在多孔3D打印木质-PLA支架上的生长动态. a.菌丝在含有10% (w/v)麦芽的PMA涂层木质-PLA支架上随时间推移的生长情况（比例尺为10 mm）. 插图显示了菌丝的微观网络结构，其中蓝色箭头指示孔隙，红色箭头指示交织的连接和菌丝（比例尺为10μm）.

尽管研究团队所采用的支架材料本身并不作为可直接供菌丝体生长的营养基质，但在支架表面预涂营养涂层的方式，成功诱导了菌丝体在复杂几何界面上的精准定殖与均匀覆盖，形成了厚实且致密的菌丝层。这种方法有效地避免了传统的菌丝体材料因基质颗粒粘结成块或过于松散、水分积累、或氧气接触面受限造成的菌丝体生长不均和机械性能低的问题。

支架内部的梯度多孔结构为菌丝提供充足附着位点与伸展空间，从结构层面显著提升构件的整体刚度与形态稳定性。测试表明，该复合材料抗压性能可达传统粘土砖水平，热导率低至0.012 W/(m·K)，优于常规隔热泡沫；同时具备优良耐火性、疏水性与长期尺寸稳定性。该策略为大尺度、高性能菌丝体建筑构件的开发提供了可复制、可规模化的技术路径。

综上所述，后接种式3D打印工艺通过将“结构成型”与“生物生长”两个阶段解耦，成功利用增材制造的高精度突破了传统模具制造的几何桎梏。这一模式不仅保障了构件的精准形态，同时为菌丝体提供了相对独立的生长空间，从而实现了结构与生物功能的有序分离。

然而，这种“先筑巢、后引凤”的构建策略，在材料一体化程度与生物活性的实时交互上仍存在固有局限。核心问题在于，若菌丝体未能深度渗透并参与到基体内部的微结构中，其作为“生物粘结剂”所提供的连接强度与整体韧性将大打折扣。这使得材料难以通过自身的生物自组装特性，形成真正意义上的共生一体化结构。正是为了突破这一瓶颈，实现菌丝体与打印结构的深度融合，生物墨水（Bio-ink）技术成为了下一章节亟待探讨的核心解决方案，它标志着从“体外增强”向“体内共构”的技术跃迁。

参考文献

1. Jauk, J., Gosch, L., Vašatko, H., Christian, I., Klaus, A. 和Stavric, M. (2022). MyCera. 菌丝生长在数字化制造的粘土结构中的应用.国际建筑计算杂志, p.147807712210822. doi:https://doi.org/10.1177/14780771221082248.

2. Ngo, TD, Kashani, A., Imbalzano, G., Nguyen, KTQ和Hui, D. (2018). 增材制造（3D 打印）：材料、方法、应用和挑战综述. 复合材料B辑：工程，[在线] 143(1359-8368), 第172-196页. doi:https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.02.012.

3.P, M. (2024).菌丝体作为3D 打印材料. [Online] 3Dnatives. 网址：https://www.3dnatives.com/en/mycelium-as-a-material-for-3d-printing-140620244/#.

4.Sharma, D.和Ferrand, H.L. (2025). 3D 打印的gyroid 支架实现强韧且隔热的双菌丝复合材料,用于更绿色的基础设施. Nature Communications, [在线] 16(1)。doi:https://doi.org/10.1038/s41467-025-61369-x.

来源：as科学艺术研究中心

编辑：Bingbing

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