Herstellung und Prüfung des Feuchteverhaltens und der thermischen Eigenschaften von Rapsstroh und Ganoderma resinaceum Myzel Bio-Composites

Summary

Hier stellen wir eine optimierte Methodik zur Herstellung von myzelbasierten Verbundwerkstoffen (MBCs) aus Petrochemikalien und Schadstoffen für Wärmedämmanwendungen vor. Um kohlenstoffneutral und nachhaltig zu werden, könnten biobasierte und kompostierbare Materialien wie Myzel-Biokomposit die Lösung sein. Um festzustellen, ob sie den Baunormen entsprechen, wurden mehrere Versuche durchgeführt.

Abstract

Diese Forschung zielte darauf ab, der wachsenden Nachfrage nach nachhaltigen Baumaterialien gerecht zu werden, indem Myzel-Biokomposite als innovative, biobasierte Isolierung entwickelt wurden. Durch die Verwendung lokaler landwirtschaftlicher lignozellulosehaltiger Restprodukte, die durch Myzel gebunden sind, bieten sie eine vielversprechende zirkuläre Alternative zu fossilen Materialien. Dieses Manuskript ist eine komprimierte Sicht auf das Mythic-Projekt, das sich auf die Optimierung von Wachstumstechniken und Materialeigenschaften konzentriert, um die technische Machbarkeit zu gewährleisten.

In der Phase der Wachstumsoptimierung verbesserte eine neuartige Inokulationsmethode mit wiedergewonnener Zellulose anstelle von Impfmitteln auf Getreidekornbasis die Wachstumsgeschwindigkeit und die Substratbesiedlung erheblich, verkürzte die Inkubationszeiten und passte sich den Anforderungen der industriellen Produktion an.

Die Optimierung der Materialeigenschaften konzentrierte sich auf thermische Eigenschaften, Feuerwiderstand und Feuchtigkeitsverhalten – Schlüsselattribute für Dämmstoffe. Myzel-Biokomposite erreichten Wärmeleitfähigkeitswerte von 0,034-0,039 W/m·K, vergleichbar mit herkömmlichen Isolatoren. Die Eigenschaften des Feuchteverhaltens werden als ausreichend für den Einsatz als Isolierung angesehen. Die hydrophoben Eigenschaften wurden durch eine Beschichtung verbessert, die die Haltbarkeit unter feuchten Bedingungen verbessert. Diese Innovationen stellen sicher, dass Myzel-Biokomposite die Branchenmaßstäbe für verschiedene Anwendungen erfüllen.

Introduction

Im Jahr 2022 war die Bauindustrie für 21 % der weltweiten Treibhausgasemissionen verantwortlich und erzeugte 38,4 % des gesamten Abfalls in der Europäischen Union ^1,2. Ein erheblicher Teil dieser Auswirkungen stammt aus der Herstellung und Entsorgung herkömmlicher Dämmstoffe wie expandiertes Polystyrol (EPS) und Polyisocyanurat (PIR)-Schäume. Diese Materialien basieren auf petrochemischer Basis, sind energieintensiv in der Herstellung und stellen aufgrund ihrer schlechten biologischen Abbaubarkeit und ihres hohen Gehalts an Kohlenstoff ^3,4 langfristige Umweltrisiken dar.

Um diesen Herausforderungen zu begegnen, stellt die vorliegende Studie eine optimierte Methodik zur Herstellung von myzelbasierten Kompositen (MBCs) für Wärmedämmanwendungen vor. Das primäre Ziel dieser Methode ist es, einen reproduzierbaren Ansatz im Labormaßstab zu etablieren, der auf industrielle Kontexte skaliert werden kann, indem Ganoderma resinaceum (GR) auf Rapsstroh (RS) angebaut wird. Diese Technik wurde entwickelt, um ein vollständig biobasiertes, kohlenstoffnegatives Dämmmaterial mit wettbewerbsfähigen thermischen und feuchtigkeitsregulierenden Eigenschaften zu erzeugen.

MBCs bieten überzeugende Vorteile gegenüber herkömmlichen Isolierungen. Sie werden aus landwirtschaftlichen Abfällen hergestellt, benötigen nur einen minimalen Energieeinsatz, fungieren während ihrer Lebensdauer als Kohlenstoffsenke und zersetzen sich am Ende ihrer Lebensdauer auf natürliche Weise, was sie zu einem starken Kandidaten für zirkuläre Bausysteme macht ^5,6. Im Vergleich zu anderen biobasierten Alternativen wie Zellulose oder Hanfbeton kombinieren MBCs auf einzigartige Weise eine niedrige Wärmeleitfähigkeit mit struktureller Kohäsion und hydrophober Abstimmung, die durch Wachstumskontrolle und Nachbearbeitungstechniken erreicht werden kann ^7,8.

Die breitere Literatur unterstützt zunehmend die Relevanz von MBCs. Übersichtsarbeiten und empirische Studien unterstreichen ihre Eignung für die Wärme- und Schalldämmung, ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Substrat-Pilz-Paarungen und ihr Potenzial für die modulare oder in-situ-Produktion im architektonischen Maßstab ^6,9,10. Zum Beispiel zeigten GR-RS MBCs, die unter kontrollierten Bedingungen getestet wurden, eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,045 W/m·K, eine spezifische Wärmekapazität von 1800 J/kg· K und einer Druckfestigkeit von bis zu 0,5 MPa, was auf Leistungsstufen hinweist, die für nichttragende Dämmplatten in Wänden und Dächern geeignet sind ^6,7,8. Darüber hinaus haben sich biomimetische Ansätze herausgebildet, die MBCs als responsive Designmaterialien in der Architekturforschung darstellen¹¹. Die Sicherstellung mechanischer Konsistenz und Haltbarkeit über Skalen hinweg bleibt jedoch ein aktives Forschungsgebiet¹².

MNEXT startete das Projekt Mythic -- Myzel-Materialien (Mytherials) für die Wärmedämmung im Bauwesen. Diese Initiative baut auf früheren Erkenntnissen auf, dass GR und RS eine vielversprechende Kombination für die MBC-Entwicklung darstellen, und konzentriert sich auf die Verfeinerung der Wachstumsbedingungen, die Materialprüfung nach ISO-Normen, die für die Isolationsanwendung relevant sind, und die Bewertung von Wirtschafts- und Nutzerakzeptanzparametern für ein zukünftiges Upscaling.

Diese Technik ist besonders relevant für Forscher, Architekten und Hersteller, die umweltfreundliche Baumaterialien mit einem zirkulären Lebenszyklus erforschen. Das Verfahren konzentriert sich auf Dämmanwendungen in Wänden, Dächern und Böden, bei denen eine geringe Dichte, Wärmeregulierung und ein Feuchtigkeitsverhalten entscheidend sind. Zu den wichtigsten Kontextfaktoren gehören die lokale Verfügbarkeit von Substraten und Pilzarten, die Skalierbarkeit des Impf- und Wachstumsprozesses sowie die Einhaltung von Gebäudeleistungsstandards. Die Methodik umfasst die Bewertung der Wärmeleitfähigkeit, der spezifischen Wärmekapazität, der Feuchtigkeitsreaktion und der Wasserabweisung und ermöglicht es den Benutzern, ihre Anwendbarkeit auf der Grundlage von Umgebungsbedingungen und behördlichen Anforderungen zu beurteilen.

Dieses Manuskript präsentiert die Ergebnisse dieser Arbeit: eine skalierbare Methode zur Herstellung von GR-RS-MBCs im Labormaßstab, einschließlich optimierter Wachstumsparameter und Materialtestprotokolle. Während GR-RS im Mittelpunkt steht, ist das Protokoll auf andere Pilzarten und Substrate anpassbar, was es für verschiedene Regionen und die Verfügbarkeit von Rohstoffen relevant macht. Obwohl die Methode im Labor- oder Pilotmaßstab wirksam ist, können für die großtechnische Implementierung weitere Anpassungen erforderlich sein, um Konsistenz und Kosteneffizienz zu gewährleisten.

Protocol

Die Materialien, Geräte, Maschinen und zugehörige Software, die in diesem Artikel verwendet werden, sind in der Materialtabelle aufgeführt. Das Protokoll gliedert sich in zwei Hauptabschnitte, die MBC-Produktion und die Materialprüfung.

1. MBC-Produktion

1. Vorbereitung des Laichs
   1. 20 g Malzextrakt-Brühepulver in 1 l demineralisiertem Wasser (oder 2 g pro 100 mL Brühe) in einem 1 L Erlenmeyerkolben auflösen. Den Inhalt des Erlenmeyerkolbens mit einem erhitzten Rührwerk bei 150 °C vermischen.
   2. Der Kolben wird mit einer durchlässigen Kappe, z. B. einer Wattebauschgaze in einem Stopfen aus Aluminiumfolie, abgedeckt und die Mischung 25 Minuten lang bei 121 °C autoklaviert. Die Malzextraktbrühe (MEB) ist gebrauchsfertig.
      HINWEIS: Überprüfen Sie bei jedem Schritt mit einem Autoklaven den Wasserstand im Autoklaven und im Auspuff und stellen Sie sicher, dass der Wasserstand zwischen dem minimalen und dem maximalen Füllstand liegt. Jegliches Wasser, das in den Autoklaven gegeben wird (oder in den Autoklaven gelangt), sollte demineralisiert werden, um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten, da die Mineralien Probleme beim Betrieb der Maschine verursachen können. Alle autoklavierbaren Artikel sind mit einem Autoklav-Indikatorband gekennzeichnet, das nach der Sterilisation schwarze Streifen entwickelt, die bestätigen, dass der Autoklaviervorgang erfolgreich war. Lassen Sie den Inhalt immer auf Raumtemperatur (RT) abkühlen, bevor Sie mit dem nächsten Schritt beginnen.
   3. Geben Sie Zellulose 1:1,32 pro Gramm Zellulose aus demineralisiertem Wasser in einen autoklavierbaren Beutel.
   4. Massieren Sie die Beutel 2 Minuten lang manuell, um eine gleichmäßige Verteilung des Wassers in der Zellulose zu gewährleisten.
   5. Beschriften Sie die Beutel (Inokulummedium - Pilztyp - Datum - Gewicht - Initialen Forscher) und kleben Sie das Autoklavenband auf den Beutel.
   6. Autoklavieren Sie die Beutel 25 Minuten lang bei 121 °C und enthalten dabei Zellulose, die mit Wasser vermischt ist.
   7. Sobald der Autoklavenzyklus beendet ist, legen Sie die Zellulosebeutel in die Laminar-Airflow-Haube (LAF), bis sie abgekühlt sind.
      HINWEIS: Beim Betrieb im LAF ist die Aufrechterhaltung einer strengen Sterilität von entscheidender Bedeutung. Eingriffe, die in dieser Umgebung durchgeführt werden, sind hochsensibel, und eine unsachgemäße Handhabung kann die Kontaminationsraten erheblich erhöhen. Es wird empfohlen, den LAF-Schrank und alle Gegenstände, die darin platziert werden sollen, zu reinigen, indem Sie sie zuerst mit einer Medicarinlösung (1 Tablette pro 10 l Wasser) und anschließend mit 70% Ethanol abwischen, sowohl vor als auch nach dem Eingriff.
   8. Verwenden Sie eine sterile Impfschlaufe oder einen sterilen Spatel, um eine vollständig besiedelte Petrischale von GR mit einem Durchmesser von 100 mm in vier gleiche Abschnitte zu schneiden.
      HINWEIS: Die GR-Platte wird als Mutterbrut gekauft. Der Mutterlaich kann im Labor von einem biologischen Labortechniker repliziert werden; Der Prozess würde jedoch in diesem Manuskript den Rahmen sprengen.
   9. Sterilisieren Sie den Becher des Labormixers, indem Sie ihn 25 Minuten lang bei 121 °C autoklavieren, bevor Sie ihn in den LAF stellen, wischen Sie die Außenseite mit medizinischer Lösung und 70% Ethanol ab.
   10. Zwei Teile werden in den sterilen Labor-Mixbecher gegeben und 50 ml MEB (hergestellt in 1.1.2) hinzugefügt.
   11. Stellen Sie den Becher auf den Rotator und lassen Sie ihn 30 s lang mit niedriger Geschwindigkeit laufen, wobei Sie sicherstellen, dass die gesamte Petrischale durch Sichtprüfung der Mischung ausreichend getrimmt wurde.
   12. Gießen Sie die geimpfte Brühemischung in den Beutel mit der autoklavierten Zellulose + Wassermischung und massieren Sie den Inhalt 2 Minuten lang manuell ein.
   13. Bringen Sie den Beutel für 5 Tage bei 30 °C und 80 % relativer Luftfeuchtigkeit (RH) in die Klimakammer.
   14. Schütteln und massieren Sie den Beutel nach 3 Tagen 2 Minuten lang sanft. Legen Sie es wieder in den Inkubator. Der Laich ist nach 5 ± 1 Tag Wachstum fertig.
2. Vorbereiten des Untergrunds
   1. Stellen Sie eine leere Schüssel oder einen leeren Eimer auf die Waage und tarieren Sie sie. Übertragen Sie dann das Substrat in den Eimer und notieren Sie das Gewicht des Substrats.
      HINWEIS: Es wird empfohlen, nicht mehr als 160 g pro Beutel (530 mm x 370 mm) zu verwenden, um eine ausreichende Sterilisation des Beutelinhalts zu gewährleisten. Die Verwendung größerer Mengen kann aufgrund des langsamen Eindringens von Wärme in große Volumina (oder eines größeren Volumen-zu-Oberflächen-Verhältnisses) eine längere Sterilisationszeit erfordern.
   2. Wiegen Sie das hinzuzufügende Wasser entsprechend dem Verhältnis 1,65:1 RS Substrat: demineralisiertes Wasser und mischen Sie es gründlich mit den Händen oder bei größeren Mengen mit einem Zementmischer.
   3. Die Mischung in einen oder mehrere autoklavierbare Beutel geben.
   4. Verschließen Sie die Beutel mit einem Beutelverschließer oder Klebeband.
   5. Beschriften Sie die Tasche(n) (Substrattyp - Datum - Gewicht - Initialen) und kleben Sie das Autoklavenband auf.
   6. Legen Sie den Beutel in den Autoklaven und starten Sie den Zyklus von 121 °C für 25 Minuten.
3. Substrat-Inokulation
   1. Nehmen Sie die Beutel aus dem Autoklaven und legen Sie sie in den LAF-Schrank.
   2. Die inokulierte Zellulose mit einem Küchenstabmixer bei niedrigster Intensität (gereinigt mit Medicarinlösung und Ethanol) 30 s lang pürieren, um gleichmäßige Partikelabmessungen zu gewährleisten.
   3. Wiegen Sie den Brut: 10% des Gesamtgewichts des Substrats + Wasser (Nassgewicht) mit einer Waage und gießen Sie ihn in den Beutel.
      HINWEIS: Die Spawnrate von 10 % kann je nach Sterilitätsbedingungen variieren. Unter Laborbedingungen wurden 10 % als bester Kompromiss zwischen Laichmenge und Kontamination ermittelt. Bei hochskalierten Bedingungen gilt: Je größer die Laichmenge, desto geringer ist der Sterilitäts-/Reinheitsgrad, der für ein angemessenes Wachstum erforderlich ist.
   4. Verschließen Sie den Beutel mit einem Versiegelungsmittel oder Klebeband und schütteln/massieren Sie ihn 2 Minuten lang sanft, um eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten.
   5. Beschriften Sie die Beutel erneut (Substrattyp - Pilztyp - Datum - Gewicht des Substrats - Laichgewicht - Initialen).
4. Formen
   HINWEIS: Dieser Schritt kann entweder unmittelbar nach der Substratinokulation oder innerhalb von fünf Tagen durchgeführt werden. In diesem Protokoll wird es sofort durchgeführt, um den Gesamtprozess zu beschleunigen. Während das Timing das Endergebnis nicht beeinflusst, wird das Material nach 5 Tagen schwer zu formen, da es dazu neigt, sich fest zu verbinden.
   1. Reinigen Sie die Form, um das MBC zu formen, zuerst mit Medicarinlösung und dann mit 70 % Ethanol, bevor Sie es unter den LAF-Schrank stellen.
      HINWEIS: Die in dieser Studie verwendeten Formen sind quadratisch 200 mm x 200 mm x 50 mm, gemäß den Abmessungen, die in den ISO-Normen für die geplanten Tests angegeben sind.
   2. Tarieren Sie die Form auf der Waage und füllen Sie sie mit dem beimpften Substrat. Achten Sie darauf, das Material gleichmäßig über die Form zu verteilen und es vollständig flach zu lassen.
   3. Notieren Sie das Gewicht, um gegebenenfalls die gleiche Produktionsdichte für die übrigen Formen zu gewährleisten.
   4. Schneiden Sie die perforierte Folie ab, um die Oberseite der Formen zu bedecken, und wischen Sie sie mit Medicarinlösung und 70% Ethanol ab.
   5. Decken Sie die Form mit perforierter Folie ab und kleben Sie sie mit Klebeband ab, um sie zu sichern.
   6. Beschriften Sie die Form (Substrattyp - Pilztyp - Datum - Gewicht - Initialen).
   7. Stellen Sie die gefüllten Formen für 7 ± 1 Tage bei 25 °C und 80 % rF in die Klimakammer.
   8. Nach 3 Tagen Wachstum nehmen Sie die Proben aus der Form im LAF, drehen sie vorsichtig um 180° (auf dem Kopf) und decken Sie die Formen wieder mit der perforierten Folie ab.
5. Deaktivierung und Trocknung
   1. Untersuchen Sie visuell das Wachstum der Proben, indem Sie die gleichmäßige Myzelbesiedlung und den Weißgrad beobachten.
   2. Nach ausreichendem Wachstum, in der Regel 7 ± 1 Tage, entformen Sie die Probe und das deaktive Wachstum und trocknen Sie, indem Sie sie für 24 Stunden bei 65 °C in den Ofen stellen und Backpapier darunter legen, um die Feuchtigkeit aufzunehmen und zu verhindern, dass sie an der Ofenoberfläche haftet.
      HINWEIS: Wenn Sie eine größere Platte trocknen, legen Sie ein Gewicht darauf, um ein Verziehen zu verhindern (mit Backpapier dazwischen). Beachten Sie, dass bei dicken Platten eine Trocknung von mehr als 24 Stunden erforderlich ist. Um zu überprüfen, ob die Probe vollständig trocken ist, überwachen Sie ihr Gewicht während des Trocknens im Ofen. Die Probe kann als trocken angesehen werden, wenn die Gewichtsänderung über einen Zeitraum von 24 Stunden weniger als 0,1 % beträgt.
   3. Platzieren Sie die Beuteletiketten in der Nähe der Proben im Ofen oder kleben Sie das Klebeband auf die Probe.
   4. Wiegen Sie die Probe am Ende des Trocknungsprozesses und beschriften Sie sie (Substrattyp - Pilztyp - Datum - Gewicht - Initialen).
6. Postproduktion
   1. Fügen Sie eine hydrophobe Beschichtung hinzu, indem Sie gleichmäßig 10 ml mit einem Niederdruckspray auftragen und 24 Stunden lang in einem belüfteten Raum trocknen lassen.
   2. Tauchen Sie die Probe in 50 mL der Beschichtung ein, um eine zweite Schicht aufzutragen, und lassen Sie sie weitere 24 Stunden in einem belüfteten Raum trocknen.
   3. Wiegen Sie die Probe mit einer Waage und fügen Sie dem Etikett die Beschichtungsart und das Endgewicht hinzu.

2. Materialprüfung

HINWEIS: Ergänzende Dateien, einschließlich Schritt-für-Schritt-Screenshots, werden für die Verwendung der Software sowohl bei den thermischen Eigenschaften (Ergänzende Datei 1) als auch bei der Messung der Druckfestigkeit (Ergänzende Datei 2) bereitgestellt. Die Proben für die Prüfung werden alle 48 Stunden lang bei einer konstanten Raumtemperatur (23 ± 5) °C und 50 ± 20 % relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert, bevor sie getestet werden.

1. Messung der Wärmeleitfähigkeit
   HINWEIS: In dieser Studie wurden die Wärmeleitfähigkeit und die spezifische Wärmekapazität mit einem Wärmeflussmesser (HFM) gemessen, der auf der Norm NEN-EN ISO 8301 basiert, die speziell für die Bestimmung der thermischen Eigenschaften von Dämmstoffen¹³ vorgesehen ist.
   1. Starten Sie die HFM-Software und klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Registerkarte Autokalibrierung .
   2. Klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche HFT-Kalibrierung .
   3. Geben Sie die Grunddaten ein und konfigurieren Sie die Sollwerte in der Tabelle. Stellen Sie die Temperatur der oberen Platte auf 17,5 °C und die Temperatur der unteren Platte auf 2,5 °C ein, was eine mittlere Temperatur von 10 °C ergibt.
   4. Klicken Sie mit der linken Maustaste auf Referenzbeschreibung . Wiegen und messen Sie den Kalibrierstandard Netzsch EPS 200 mm und geben Sie diesen in die Software ein.
   5. Platzieren Sie das EPS-Stück im HFM, schließen Sie die Tür, klicken Sie mit der linken Maustaste, um den Lastsollwert auf 2,1 kPa zu setzen, und klicken Sie dann mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche Start .
      HINWEIS: Sobald die Stabilität erreicht ist, werden die Kalibrierung und der Test automatisch gestoppt.
   6. Klicken Sie in der HFM-Software mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche Assistenten und dann mit der linken Maustaste auf Wärmeleitfähigkeitstest.
   7. Geben Sie die Grunddaten und die Probenbeschreibung ein. Stellen Sie die gleichen Werte wie 2.1.3 in der Sollwerttabelle ein. Verwenden Sie das eingebaute Dickenmessgerät, um die Dicke der Probe zu messen.
      HINWEIS: Achten Sie bei der Eingabe der Basisdaten darauf, dass die Proben-ID, der Dateiname und das Ziel pro Probe geändert werden
   8. Legen Sie die MBC-Probe in das HFM und schließen Sie die Tür, um sicherzustellen, dass die Probe zentriert bleibt.
   9. Wählen Sie die zuvor durchgeführte Kalibrierung aus und klicken Sie mit der linken Maustaste, um den Lastsollwert auf 2,1 kPa zu setzen, und klicken Sie dann mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche Start .
2. Messung der spezifischen Wärmekapazität
   1. Klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche Autokalibrierung .
   2. Klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche Korrektur des leeren Stapels .
   3. Geben Sie die Grunddaten ein, stellen Sie die in Tabelle 1 gezeigte dreistufige Temperatur ein und treiben Sie die Platte auf 0,25 cm Dicke an. Drücken Sie dann Start.
   4. Sobald die Kalibrierung des leeren Stapels abgeschlossen ist, klicken Sie mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche Assistenten und dann mit der linken Maustaste auf Spezifischer Wärmetest.
   5. Platzieren Sie die MBC-Probe im HFM und schließen Sie die Tür.
   6. Geben Sie die Grunddaten und die Probenbeschreibung ein. Verwenden Sie das eingebaute Dickenmessgerät, um die Dicke der Probe zu messen.
   7. Stellen Sie die gleichen Werte wie 2.2.3 in der Sollwerttabelle ein und wählen Sie den leeren Stapel aus, der zuvor durchgeführt wurde. Klicken Sie mit der linken Maustaste, um den Lastsollwert auf 2,1 kPa zu setzen, und klicken Sie dann mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche Start .
   8. Greifen Sie auf die Daten pro Stichprobe zu, indem Sie mit der linken Maustaste auf die Schaltfläche Berichte klicken.
3. Feuchtigkeitsaufnahme/-desorption
   HINWEIS: Die Norm ISO 23327:2021 ist für Dämmstoffe¹⁴ relevant.
   1. Bereiten Sie einen Wasserkasten vor, der zu einem Viertel mit Wasser gefüllt ist, wie in Abbildung 1 gezeigt. Legen Sie drei Streifen Plastikband an, um die Probe in Position zu halten, und stellen Sie sicher, dass sie in der Schwebe bleibt und nicht mit dem Wasser in Berührung kommt. Der Aufbau ähnelt Abbildung 1.
   2. Konditionieren Sie die Kunststoffbox in einem Raum mit einer Temperatur von 23 ± 5 °C vor und warten Sie 24 Stunden, bevor Sie mit den Experimenten beginnen.
   3. Nach 24 Stunden legen Sie die Probe auf das Plastikband.
   4. In den Abständen von 0 h (vor dem Versuch), 0,5 h, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h, 24 h und 48 h wird die MBC-Probe aus der Schachtel genommen, auf einer Waage gewogen und ihre Abmessungen gemäß Abbildung 2 gemessen. Nach dem Wiegen wieder in die Box legen und den Deckel schließen.
      HINWEIS: Seien Sie so schnell wie möglich im Wäge- und Messschritt, um Feuchtigkeitsverlust zu vermeiden.
   5. Nach 48 h nehmen Sie die Probe aus der Schachtel und legen Sie die Probe bei 25 °C und 40 % relativer Luftfeuchtigkeit in eine Klimakammer.
   6. Die Probe wird in den gleichen Abständen wie 2.3.5 gewogen, um den Gewichtsverlust zu bestimmen.
   7. Nach 48 h ist der Versuch abgeschlossen und es werden Kurven erstellt: Absorption/Desorption in Gewicht (kg), gegen Zeit (h) und Dimensionsstabilität (%) gegen Zeit (h).
   8. Berechnen Sie die Massenänderung (%) durch:
      
      M0 ist die Anfangsmasse der Probe
      Mf ist die endgültige Masse nach dem Absorptionstest
   9. Berechnen Sie den Durchschnitt jeder Dimension: Länge (), Basis () und Dicke () in jedem Intervall.
      Für jede Dimension:
      
      
      
      n ist die Anzahl der Messungen
      l_i, b_i, t_i = einzelne Messwerte
   10. Berechnen Sie die Dimensionsänderung (%) in jedem Intervall mit der Formel.
       
       ist L, B oder T.
   11. Berechnen Sie das Anfangsvolumen (³ cm) und in jedem Intervall.
       
       
   12. Berechnen Sie die volumetrische Dimensionsänderung (V%) in jedem Intervall.
       
4. Druckfestigkeit (Feuchteverhalten)
   HINWEIS: Es wurde die Druckfestigkeitsprüfung von 10 % nach der Norm ISO 29469 verwendet, da sie für Isolationsmaterialien¹⁵ vorgesehen ist. Zum Einsatz kam die Universalprüfmaschine (UTM) mit quadratischen Druckplatten (250 mm x 250 mm). Diese Maschine ermöglicht eine breite Palette mechanischer Prüfungen, einschließlich Druck-, Zug- und Scherprüfungen. Die Druckfestigkeit wird im trockenen, feuchten und nachgetrockneten Zustand gemessen, um das Feuchtigkeitsverhalten von MBCs zu verstehen.
   1. Messen Sie die Abmessungen der MBC-Probe mit einem Messschieber gemäß Abbildung 2.
   2. Platzieren Sie die Probe in der UTM, zentriert über der unteren Kompressionsplatte.
   3. Schalten Sie zuerst die UTM ein und starten Sie dann die Software. Befolgen Sie diese Anweisung; Andernfalls stellt das Gerät keine ordnungsgemäße Verbindung her und verbleibt im Demonstrationsmodus.
   4. Klicken Sie in der UTM-Software mit der linken Maustaste auf die Registerkarte Bibliothekstools und dann mit der linken Maustaste auf die Unterregisterkarte Bibliotheksmethoden .
   5. Suchen Sie im Suchwerkzeug nach ISO 29469, klicken Sie dann mit der rechten Maustaste auf den Standard und drücken Sie Methode bearbeiten.
      HINWEIS: Nicht alle UTM-Softwarebibliotheken verfügen über diesen Standard. Die Konfiguration dieses Tests erfordert die Einstellung der UTM-Segmente auf eine Geschwindigkeit von 5 mm/min und die Begrenzung des Experiments auf 10 % Dehnung (10 % der ursprünglichen Dicke der Probe).
   6. Drücken Sie in der UTM-Software auf Start Experiment .
   7. Berechnen Sie 10% Druckfestigkeit in Pascal (Pa) (σ₁₀) mit der Formel:
      
      F₁₀ ist die Kraft bei 10 % Dehnung in Newton (N)
      A₀ ist die anfängliche Querschnittsfläche der Probe in Quadratmetern (m²).
   8. Berechnen Sie den Druckmodul in Pa.
      
      Δσ ist die Änderung der Druckfestigkeit in Pa.
      Δε ist die Änderung der Dehnung in %.
   9. Neue Proben aus Abbildung 1 werden 24 h lang in der Wasserbox konditioniert und die Schritte 2.4.1 bis 2.4.8 für die feuchten Proben wiederholt.
      HINWEIS: Zusätzliche Proben aus 2.4.9 in der Wasserbox konditionieren, um sie dann für die Verwendung in 2.4.10 zu trocknen.
   10. Nicht geprüfte, feuchte Proben werden 12 Stunden lang bei 50 °C und mit Umluft in einen Ofen überführt, dann die Schritte 2.4.1 bis 2.4.8 für die nachgetrockneten Proben wiederholen.
5. Wasserabweisung
   1. Bereiten Sie eine Lösung vor, indem Sie 9 mL Wasser mit 1 mL rotem Wasserfarbstoff mit einem 10 mL Messzylinder mischen. Mit einem Löffel gut vermischen.
   2. Unterteilen Sie die Oberfläche der Probe in vier Quadranten, wie in Abbildung 3 gezeigt, mit einem dünnen Stück Klebeband oder einem dünnen Filzstift.
   3. Messen Sie 100 μl des rot gefärbten Wassers mit einer Mikropipette und geben Sie einen Tropfen in jeden Quadranten der Probe. Stellen Sie sicher, dass das Tröpfchen in jedem Quadranten auf einer ebenen Fläche platziert wird.
      HINWEIS: Stellen Sie sicher, dass das Tröpfchen in einer einzigen Bewegung freigesetzt wird. Andernfalls kann es die Oberflächenspannung stören und zu einem ungültigen Ergebnis führen. Wenn sich das Tröpfchen bei diesem Volumen dispergiert, verwenden Sie stattdessen 50 μl und notieren Sie die Veränderung.
   4. Machen Sie mit einer auf einem Stativ gehaltenen Kamera auf Augenhöhe mit der Oberseite der Probe ein Bild von jedem Tröpfchen.
   5. Messen Sie mit Open-Source-Bildverarbeitungssoftware den Kontaktwinkel auf beiden Seiten jedes Tropfens. Berechnen Sie den durchschnittlichen Kontaktwinkel mit der Formel:
      
   6. Nachdem Sie alle vier Quadranten gemessen haben, berechnen Sie den durchschnittlichen Gesamtkontaktwinkel für die Probe wie folgt:
      

Tabelle 1: Stufentemperaturen für die spezifische Wärmekapazität. In dieser Tabelle sind die definierten Temperaturintervalle (in °C) aufgeführt, die zur Bewertung der spezifischen Wärmekapazität der MBC-Proben verwendet werden. Jeder Schritt stellt einen Bereich dar, der während der kontrollierten Erwärmung verwendet wird, und muss als Eingang für das HFM verwendet werden. Bitte klicken Sie hier, um diese Tabelle herunterzuladen.

Abbildung 1: Aufbau der Feuchtigkeitsaufnahme-Desorption. Dieses Diagramm zeigt den Versuchsaufbau, mit dem das Feuchtigkeitsabsorptions- und Desorptionsverhalten der MBCs getestet wurde. Die Proben wurden unter kontrollierten Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen platziert. Es wird keine Maßstabsleiste benötigt, da die Setup-Übersicht qualitativ ist. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 2: Messung der Abmessungen von MBCs. Das Diagramm zeigt, wo Dimensionsänderungen in MBCs vor und nach dem Feuchtigkeitszyklus gemessen werden können. Die Messungen wurden an mehreren äquidistanten Punkten pro Probe (n = 5) für Länge, Basis und Dicke mit einem Messschieber durchgeführt (Genauigkeit ± 0,1 mm). Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Abbildung 3: Oberflächenteilung für die Prüfung der Wasserabweisung. Dieses Diagramm zeigt, wie jede Probe in äquidistante Quadranten unterteilt wurde, um systematische Wassertropfentests durchzuführen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.

Results

MBC-Produktion
Das MBC sollte auf der Oberfläche überwiegend weiß sein. Die Probe sollte der Struktur, Farbe und Homogenität der Proben in Abbildung 4 und Abbildung 5 ähneln.

Abbildung 4: Beispiel für adäquate MBC - St...

Discussion

Ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung von MBCs ist die Aufbereitung des Laichs, die unter streng sterilen Bedingungen von einem geschulten Labortechniker durchgeführt werden muss. Dieser Prozess ist empfindlich gegenüber Kontaminationen und erfordert ein hohes Maß an Geschick in aseptischen Techniken. Eine angemessene Schulung in biologischer Sicherheit und Laborhandhabung ist unerlässlich, da die Qualität des Laichs einen direkten Einfluss auf die Besiedlungseffizienz und Homogenitä...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
1 L Erlenmeyer-Flasche	Glazen-en-potten.nl	GT00148
1 L Messzylinder	Sigma-Aldrich	213905408
50 mL Messzylinder	Sigma-Aldrich	Z740856	Aldrich Essentials Graduierter Zylinder, Klasse A, erfüllt den DIN ISO 4788
70 % Ethanol	Boomlab	8,00,12,02,72,500
Autoklavierbarer Beutel	SacO2	PPD75/REH6/V37*53
Autoklav	VWR	TUTT210001
Autoklavenband	Sigma-Aldrich	BR61750
Beutelversiegler	Profipack	101481	Modell HC-300
Kalibrierungsstandard Netzsch EPS 200 mm	Netzsch	HFM446S0A95.001-00
Zellulose	Recell	https://recell.eu/markets/#recell-compose	Durchgeführt von einem Projektpartner
Ganoderma resinaceum	Westerdijk Instituut	CBS 194,76
Wärmedurchflussmesser (HFM)	Netzsch	https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1	HFM 446 Lambda Kleine Eco-Linie
Beheiztes Rührgerät	Labinco	32000
Horizon-Software	Horizon Software	https://www.tiniusolsen.com/product/horizon-software/	Software zum Betrieb von UTM
Hydrophobe Beschichtung	Impershield Europa	https://impershield.eu/product/bioseal-mycelium/	Impershield BioSeal Myzel
ImageJ	ImageJ	https://imagej.net/ij/	Software zur Bildverarbeitung
Inokulationsschleifen	VWR	DIFC220217
Küchenmixer	Bosch	MSM6M810
Labormixer	Labowebshop	AXMX1000XTEES	2L Waring-Labormixer
Laminare Luftstromhaube (LAF)	-Lieferungen	LS1309	PRO 43" Breite horizontaler laminarer Fluss-Schrank
Niveau	Manutan	A830619	Waterpas - I-Balken Basic - Stanley
Malzextrakt-Brühepulver	BoomLab	7,00,00,05,90,500
Medicarine	Ecolab	3021760
Mikropipette	Sigma-Aldrich	FA10006M	PIPETMAN P1000L Mikropipetten-Metallauswurf
Perforierte Folie	Scabro	414075
Proteus SmartMode 8.5	Netzsch	https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1	Software zum Betrieb von HFM
Maßstab	VEVOR	https://www.vevor.nl/analytische-balans-c_11079/vevor-digitale-laboratoriumweegschaal-laboratorium-analytische-weegschalen-5000g-p_010521620455?lang=en&srsltid=AfmBOopchyZ-medHCTmpdHiqjXOtvV7xCOdhXZ VIKi9LowzUk6ibehSx	Modell HZ-B50002
Substrat	Greenport West-Holland	-	Rapsstroh geliefert vom Projektpartner.
Universelle Testmaschine (UTM)	Tinius Olsen	https://www.tiniusolsen.com/product/model-50st/	Modell 50ST
Messschieber	Sigma-Aldrich	Z136115