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深圳先进院钟超团队:开发可编程真菌活体纺织材料平台

  • 2026-09-04 23:11:12
深圳先进院钟超团队:开发可编程真菌活体纺织材料平台

自然界中，丝状真菌通过菌丝的生长和缠绕形成连续网络。若能在材料成形后保留这种生命活性，材料便可能进一步获得环境响应、表面更新和损伤修复等功能。然而，现有菌丝材料通常需要经过干燥、加热或化学交联，往往在获得稳定结构的同时失去生物活性。如何兼顾宏观成形、力学性能和生物可编程功能，是工程活体材料领域的重要挑战。

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[SynBioCon]获悉，针对这一挑战，7月25日，中国科学院深圳先进技术研究院定量合成生物学全国重点实验室/合成生物学研究所钟超团队在Science Advances发表题为"A programmable fungal platform for engineered living textiles"的研究论文。研究团队以蛹虫草菌丝为结构底盘，构建了一种可成形、可功能化并保留生物响应能力的活体纺织材料平台(图1)。

在真菌材料底盘的选择上，研究团队采用了蛹虫草。蛹虫草在液体培养中能够形成由大量菌丝相互缠绕而成的菌丝球。这些菌丝球既保留生物活性，又可以作为独立的模块化构建单元进行收集、塑形和重新组装，因而更适合制备形状可控的二维和三维材料。同时，蛹虫草菌丝可在温和加工后保持一定的再生能力，为材料成形后的表面生长和功能调控提供了基础。

基于上述特性，研究团队首先将蛹虫草培养形成的菌丝球放入模具并温和干燥。相邻菌丝依靠自身网络逐渐结合，形成无需额外支架或胶黏剂的连续片材。针对材料初始状态较脆的问题，团队采用甘油进行增塑，使片材能够折叠、扭转、裁剪和缝制。四条窄片扭成的细绳可承载1千克重物，展示了材料在柔韧性与结构强度之间的平衡。

图1. 蛹虫草菌丝组装形成柔性活体片材示意图

在此基础上，团队采用结构底盘与功能模块分工的设计思路，引入工程酿酒酵母为材料着色。通过在酵母表面展示几丁质结合结构域，酵母可以稳定附着于菌丝网络，并产生浅蓝、红、橙和深紫等颜色，且不会明显削弱材料的力学性能（图2）。

材料中保留活性的蛹虫草菌丝还可在营养和湿度条件下重新生长。研究人员通过局部添加营养液，使气生菌丝按照预设区域形成图案。气生菌丝特有的微观结构还赋予材料约145°的水接触角，形成疏水表面，使污水液滴能够迅速滚落，实现无需合成涂层的自清洁功能。对于较大的缺损，新鲜菌丝球可被填入受损区域，并通过再次生长恢复结构及表面功能。

团队进一步将黑曲霉作为另一种功能模块，使其在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。该策略表明，不同微生物可以根据自身特性，为同一真菌材料平台提供可替换的功能。

图2. 工程酵母着色

为展示材料的加工和组合能力，研究团队将不同颜色和表面功能的菌丝片材裁剪、缝制成裙装原型。裙装主体采用工程酵母着色的片材，领部呈现经营养诱导形成的菌丝图案，裙摆则覆盖具有自清洁特性的气生菌丝，展示了材料模块化设计和加工的可行性（图3）。

图3. 由不同功能菌丝片材组装而成的裙装原型

该研究建立了一个连接菌丝生长成形、材料加工和模块化生物功能的活体材料平台。现阶段，该材料更适合可降解包装、艺术纺织品和临时展示材料等使用周期可控的场景。其规模化制造、耐磨性、耐洗性和长期环境稳定性仍需进一步优化。论文作者指出：“通过连接结构形成与持续代谢活性，我们构建了一类兼具可编程性、环境响应性和内在可持续性的生物制造系统。”这一研究为环境、医疗和建筑等领域的自适应活体材料提供了新的设计框架。

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