包括菌丝及包埋材料的真菌复合材料制造技术

具有工程化的(engineered)和/或改善的机械性能，例如，撕裂强度、抗张强度和抗分离性的柔性真菌复合材料(fungal composite)。所述真菌复合材料通过将第二种材料包埋在真菌基质(fungal matrix)中产生。所述真菌复合材料的撕裂强度大于所述真菌基质的撕裂强度。所述真菌复合材料的抗张强度至少等于所述包埋材料的抗张强度。并且所述真菌基质和所述包埋材料之间的抗分层性使得将所述真菌基质和所述包埋材料彼此分离所需的力大于或等于将所述真菌基质或所述包埋材料与其自身分离所需的力。

Fungal composite materials including mycelium and embedding materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括菌丝及包埋材料的真菌复合材料专利技术人:PhilipRoss,NicholasWenner,JordanChase,WilliamMorris申请人:Mycoworks,Inc.相关申请本申请要求于2018年6月26日提交的美国临时专利申请62/690101的优先权。将该临时申请的公开内容以其整体并入本文。专利
本实施方案大体涉及真菌复合材料(composite)，更具体来讲，涉及一种表现出增强性能的真菌复合材料，其具有工程化的对称性、各向同性(isotropy)与各向异性(anisotropy)，和具有不同特征的局部区域。专利技术背景生物复合材料(Bio-compositematerial)广泛应用于建筑、汽车工业、生物医学工程以及各种其他工程应用中。生物复合材料的主要成分是生物聚合物(biopolymer)和基于生物的增强剂(bio-basedreinforcingagent)。生物复合材料具有优于基于石油的产品(petroleum-basedproduct)的某些优势，这是因为它们具有改进的燃料效率、环境友好性、可再生性、生物降解性和低成本。菌丝体(mycelium)使新生的(nascent)生物复合材料家族成为可能。菌丝体是真菌或真菌菌落的营养成分，并且通常在多种生物复合材料中用作基于生物、可再生(renewable)和可生物降解的基质。通过接种农业废物可很容易地获得基于菌丝体的生物复合材料。这种方法通常用于种植真菌子实体(fungalfruitingbody)(蘑菇)，以供一般的人类消费、用于烹饪用途以及其他工业用途。在大多数商业情况中，使用真菌菌丝体对农业废弃物进行接种和定殖(colonization)而产生的生物复合材料仅是未工程化为定制材料(bespokematerial)的副产品。定殖的过程是真菌菌落生长的现象，从而菌丝体网络(mycelialnetwork)渗透并穿透其营养介质(nutritionalmedia)(农业废物)的每个颗粒。当菌丝体包裹其食物时，则其与之形成新的连接，以促进其代谢过程，并从而分解其赖以生存的食物来源。菌丝体可吸收的食物能量的多少同与之接触并粘附的介质的数量成正比。粘附是菌丝体的一项关键性能，该性能通过扩展其最基本的形态学成分(morphologicalcomponent)即菌丝使其粘附到与之接触的任何其他材料上。菌丝(hyphae)是菌丝体网络的离散单位(例如支臂(arm)、分支等)。每个菌丝可以散发出导致食物代谢或对外来生物或化学物质进行防御的酶。从宏观的角度看，菌丝团(mycelialmass)是菌丝的网络，其表现为蓬松柔软的海绵状物质。从微观的角度看，包括大部分单个真菌菌落的营养菌丝体还包括分支的丝状菌丝网络。这种菌丝网络通过从任何给定链而来的自我延伸以及通过在接种该菌丝的任何底物或介质上的分支、分裂(splitting)和重新连接而得到生长和繁殖。如图1A所示，其中示出了现有技术存在的菌丝团的宏观视图。图1B示出了现有技术图1A中显示的菌丝团的小区域的微观视图，其中白色水平线显示的长度为100μm。其中可清晰分辨出菌丝网络。每个细丝构成一个单独的菌丝。图1A和1B示出了菌丝体的粘合，相互连接性能和形态学性质，所述菌丝体可组成真菌复合材料的一种成分。在自然界中，真菌菌落将通过其菌丝在枯树中的一定体积的土壤中生长而得到扩展，或甚至在固体介质和周围环境的界面处扩展进入自由空间。单个菌丝的直径小到足以使其可散布在微小的间隙空间中而仍保持肉眼仍看不见的程度。如果是两个菌丝，则将离散的菌丝团接触。然后菌丝体则在其中扩散并有效地将它们结合在一起。真菌菌丝体能够极佳地自我蚕食(self-cannibalizing)，这可导致相邻菌丝团之间的牢固粘附。菌丝体的这种自粘附或内聚的性能使真菌组织能够产生适于形成不同的硬度和固体构型(configuration)的生物复合材料。已开发出几种方法来产生基于真菌的生物复合材料。其中一种方法描述了一种培养丝状真菌的机制，该机制专门用于生产部分或全部由菌丝及其聚集形式的菌丝和菌丝体组成的材料和复合材料。通过用预选的真菌接种离散颗粒和营养材料的基质来制备该复合材料。即使这样，该方法仍使得方法和硬件变得复杂。这种工艺的现有技术水平还产生了刚性物体，该物体表现出几乎为零的柔性以及有限的强度和伸长率。另一种方法描述了一种活性的水合(hydrated)菌丝体复合材料，该材料包含菌丝体和纤维、菌丝体和颗粒，以及菌丝体、颗粒和纤维的组合中的至少一种。该活性菌丝体复合材料经过脱水，并且然后迅速重新形成许多不同的形状，例如砖块状、块状和丸状。然而，所产生的菌丝体复合材料表现出低的柔性及高的脆性。又一种方法描述了用于培养主要由真菌组织组成的真菌聚合物基质的步骤。所得材料是一种柔韧且柔软并具有高密度的非晶态(amorphous)聚合物，该聚合物可用于目前通过合成塑料和泡沫塑料提供的应用中，以及其中部署有动物皮肤的某些情况中。这种用于生成真菌聚合物基质的方法昂贵，并且用于生产材料的手段对环境具有高的影响。基于该技术而得到的生物复合材料作为需要抗张强度和撕裂强度才能与纺织品和动物皮革竞争的材料是具有很少或没有实用性的。此外，该技术需要长时间的制造和后处理，这与大规模生产不兼容。在所描述的相关技术的每种情况下，生物复合材料仅在真菌生物(菌丝团)、其他真菌组织和/或真菌生物的食物供应之间形成。生物体与其食物之间的相互作用通常可称为发酵：利用活性生物体将物质从一种形式转换为另一种形式。在前述情况中的每种情况下，农业废物通过菌丝体生长并产生更多的自身的过程而从其原始形式转化为菌丝体。因此，需要一种基于菌丝体的生物复合材料，其将菌丝基质与其主要营养介质之外的第二种材料整合。类似地，需要一种有效且可靠的方法来生成具有高自粘附性能以及增强的和工程化的机械性能的真菌复合材料。这种所需的方法将利用简单的技术及硬件产生改进的真菌复合材料。此外，如此产生的真菌复合材料将表现出高的柔性及高的抗张强度。另外，此类用于生产改进的真菌复合材料的方法将是有成本效益的，并具有小的环境的影响。本专利技术实施方案实现这些及其他目标。专利技术概述为了使现有技术中发现的限制得到最小化，并使在阅读本说明书而明显得到的其他限制最小化，本专利技术优选的实施方案提供了一种真菌复合材料(composite)，所述真菌复合材料具有改进的强度、柔性、挠曲寿命(flexurallife)、伸长率、粘附性、内聚性、抗分离性、色牢度(colorfastness)、磨损和柔软性。此外，所述真菌复合材料可经工程化(engineered)来表现出完全各向同性(isotropy)，各向同性与各向异性(anisotropy)两种的预选程度、完全正交各向异性(orthotropic)或其组合。最后，所述真菌复合材料可包括相对于整个复合材料的整体性能而表现出不同性能的局部区域(zone，region)。在一个优选的实施方案中，所述真菌复合材料包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料(composite)，其包括：/na)真菌基质(matrix)，所述真菌基质具有一组真菌基质机械性能；和/nb)包埋材料，所述包埋材料位于所述真菌基质内，所述组合组成真菌复合材料，并且所述包埋材料具有一组包埋材料机械性能；/nc)从而所述真菌复合材料表现出一组真菌复合材料机械性能，所述真菌复合材料机械性能优于单独的所述真菌基质机械性能或单独的所述包埋材料机械性能，并且其中所述机械性能包括撕裂强度、抗张强度、弯曲强度(flexural strength)、抗分离性和抗分层性；并且/nd)其中所述复合材料的伸长率(elongation)在数值上或数量上落入单独的所述菌丝体(mycelium)基质和单独的所述包埋材料的伸长率之间。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180626 US 62/690,1011.一种复合材料(composite)，其包括：
a)真菌基质(matrix)，所述真菌基质具有一组真菌基质机械性能；和
b)包埋材料，所述包埋材料位于所述真菌基质内，所述组合组成真菌复合材料，并且所述包埋材料具有一组包埋材料机械性能；
c)从而所述真菌复合材料表现出一组真菌复合材料机械性能，所述真菌复合材料机械性能优于单独的所述真菌基质机械性能或单独的所述包埋材料机械性能，并且其中所述机械性能包括撕裂强度、抗张强度、弯曲强度(flexuralstrength)、抗分离性和抗分层性；并且
d)其中所述复合材料的伸长率(elongation)在数值上或数量上落入单独的所述菌丝体(mycelium)基质和单独的所述包埋材料的伸长率之间。


2.权利要求1所述的复合材料，其中所述包埋材料是以下中的一种：棉、丝绸、羊毛、人造纤维、尼龙、聚酯(polyester)、聚酰胺(polyamide)、粘胶(viscose)或纤维素。


3.权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料在关键或特定区域中表现出各向同性性能(isotropicproperty)、各向异性性能(anisotropicproperty)、正交各向异性性能(orthotropicproperty)或其组合。


4.权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料包括包埋材料的工程化的构建或布局，使得当从整体上考虑时，所述复合材料在所述复合材料的预选区域(area、region、zone)中显示出特定工程化的性能。


5.权利要求1所述的复合材料，其中当从整体上考虑时，所述复合材料在整个复合材料中包括同等、相等和对称的性能。


6.权利要求1所述的复合材料，其中所述复合材料包括多个区域，其中由于每个区域中具有包埋材料的不同构建，所以每个区域具有不同的特征。


7.权利要求1所述的复合材料，其中所述包埋材料以液相或液态整合。


8.权利要求1所述的复合材料，其中所述包埋材料以液相添加，并发生化学反应以产生所述包埋材料的粘性(viscous)相、半粘性(semi-viscous)相或固相，或产生衍生自所述原始包埋材料的化学反应复合体(complex)。


9.权利要求1所述的复合材料，其中所述真菌基质是菌丝体基质。


10.一种复合材料，其包括：
a)真菌基质；和
b)包埋材料，所述包埋材料选自下组：棉、丝绸、聚酯、羊毛、人造纤维(manufacturedfiber)、粘胶或纤维素，其中所述包埋材料包埋在所述真菌基质内，所述组合组成真菌复合材料；
其中所述真菌复合材料的撕裂强度大于所述真菌基质的撕裂强度；
其中所述真菌复合材料的抗张强度大于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J蔡斯，N温纳，P罗斯，W莫里斯，
申请(专利权)人：麦克沃克斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US