用真菌“织”裙子，可编程活体纺织材料来了
利用可编程真菌平台制成的裙装（左图）和艺术纺织品。
■本报记者 刁雯蕙
蛹虫草是一种麦角菌科虫草属真菌，俗称“虫草花”，是生活中常见的食材和药材。神奇的是，虫草花除了具有食用和药用价值外，其菌丝还能应用在材料制造中。
中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称深圳先进院）研究员钟超团队以蛹虫草菌丝为结构底盘，建立了一个可成形、可加工、可功能化，且能保留生物响应能力的活体纺织材料平台，并利用该平台成功“织”出裙装。
这项近日发表于《科学进展》的研究成果，有望为设计自适应、可持续的活体材料提供新思路。
活的菌丝材料
传统纺织面料主要包括棉、麻、丝、毛等天然纤维，以及涤纶、锦纶等合成纤维。尽管天然纤维亲肤舒适，但生产往往受限于种植物、土地和水等自然资源，而合成纤维则依赖不可再生的化石资源，在自然环境中难以降解。
随着生物合成与工程技术的发展，目前不少菌丝材料可以被加工成片材布料、皮革材料甚至服装原型。但传统工艺，如高温干燥、压制或化学交联等，会导致真菌失去活性，在材料成形后不能继续生长，损失了微生物原本的生物功能。另外，目前菌丝面料摸起来普遍较脆、容易坏，存在厚度和结构不均、不同批次生产质量不稳定等问题。
为找到理想的菌丝材料制造方式，团队在实验观察中发现，蛹虫草在液体培养中可以形成相对均一、富含纤维状菌丝的菌丝球。这些小球在过滤和干燥后能自然连接成片。
“蛹虫草并非在所有方面都优于其他真菌，但特别适合我们设想的材料制造方式，因为它不需要外部支架就能自形成一个结构单元，且材料成形后还能保留生物活性。”论文第一作者、深圳先进院助理研究员李柯解释。团队将蛹虫草作为材料底盘，再将这些菌丝球构建成形状可控的二维、三维材料。为避免蛹虫草菌丝制成的片材干燥后变脆，团队还通过增塑处理使其变得柔软，可折叠、裁剪和缝制。
研究显示，用蛹虫草菌丝制成的4条窄片扭成的细绳，可承载1千克重物，兼具柔韧性和结构强度；处理后的材料触感更接近柔软的无纺布或轻薄的类皮革材料，也没有以往菌丝面料常有的“蘑菇气味”。
实现多种生物功能
将蛹虫草菌丝稳定地连接成片后，如何借助其生物活性，让材料具备更多功能？团队按照“结构底盘+功能模块”的设计思路，对蛹虫草菌丝制成的片材进行了“深加工”。
他们引入工程酿酒酵母，使其稳定附着于菌丝网络，并产生浅蓝、红、橙、深紫等颜色，同时不会明显削弱材料的力学性能。
在定制化生长方面，借助蛹虫草菌丝自身的活性，在适宜的营养和湿度条件下，研究人员在菌丝片材的局部添加营养液，可引导菌丝按照预设区域生长并形成图案；当材料出现较大缺损时，向受损区域填入新鲜菌丝球，可以让菌丝再次生长，恢复其结构及表面功能。
在自清洁方面，在空气中生成菌丝（气生菌丝）的微观结构，还可使材料表面呈现约145度的水接触角，可使水滴快速滚落，无需合成涂层即可实现疏水和自清洁。
在抗紫外线和可降解方面，团队还开发出全新的功能模块，使片材表面形成富含黑色素的气生菌丝层，从而增强材料的紫外吸收和抗氧化能力。这表明，同一材料底盘可以通过组合不同微生物模块，获得可替换、可拓展的功能。更重要的是，材料在土壤中堆肥40余天后可接近完全降解，显示了在可持续材料方向上的应用潜力。
菌丝“织”裙子，活体材料设计新思路
团队将不同颜色、不同表面功能的菌丝片材裁剪并缝制成一条连衣裙。这条裙装的主体由工程酵母参与着色的蓝色菌丝片材组成，领部包含了营养诱导形成的菌丝图案，裙摆则覆盖气生菌丝，以呈现特殊纹理和自清洁表面。
“这项研究的重点并不是为了做出一件裙装，而是验证一种活体材料的设计思路。”钟超表示，“以菌丝承担结构功能，再将不同微生物作为可替换的功能模块，可使材料在成形后继续获得环境响应、损伤修复和功能拓展能力。”
在应用层面，该材料适用于可降解包装、艺术纺织品和临时展示材料等使用周期可控的场景，有望拓展至响应性纺织品、功能防护表面、环境材料以及部分生物医学材料。
尽管团队验证了活体材料在多种使用场景下的可行性，但使用该材料制作的服装尚无法直接穿着。未来，团队将进一步探索活体材料的可持续性应用、人体接触安全性、耐湿性、耐磨性、耐洗性、透气性、长期储存稳定性等，并推动该材料的放大与标准化，优化和改造真菌底盘，使色素、抗菌分子或酶等功能由菌丝自身按需产生。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1126/sciadv.aed6937