ייצור ובדיקה של התנהגות לחות ותכונות תרמיות של קש לפתית וביו-קומפוזיטים של תפטיר Ganoderma resinaceum

Francisco Ortega Exposito; Catharina Adriana Rovers

doi:10.3791/68375

מאמר שיטה

ייצור ובדיקה של התנהגות לחות ותכונות תרמיות של קש לפתית וביו-קומפוזיטים של תפטיר Ganoderma resinaceum

DOI:

10.3791/68375

⸱

5 בספטמבר 2025

Francisco Ortega Exposito^*¹ , Catharina Adriana Rovers^*¹

¹Centre of Expertise MNEXT, Avans University of Applied Sciences

^* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כאן, אנו מציגים מתודולוגיה אופטימלית לייצור חומרים מרוכבים מבוססי תפטיר (MBC) מפטרוכימיקלים וחומרים מזהמים ליישומי בידוד תרמי. כדי להפוך לניטרלי פחמן ובר קיימא, חומרים מבוססי ביו וניתנים לקומפוסטציה כמו תפטיר ביו-מרוכב יכולים להיות הפתרון. כדי לקבוע אם הם עומדים בתקני הבנייה, נערכו מספר ניסויים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה נועד לתת מענה לביקוש הגובר לחומרי בנייה ברי קיימא על ידי פיתוח ביו-חומרים מרוכבים של תפטיר כבידוד חדשני מבוסס ביו. תוך שימוש בתוצרי לוואי שיוריים חקלאיים מקומיים הקשורים בתפטיר, הם מציעים אלטרנטיבה מעגלית מבטיחה לחומרים מבוססי מאובנים. כתב יד זה הוא מבט מרוכז על הפרויקט המיתי, המתמקד באופטימיזציה של טכניקות גידול ותכונות חומר כדי להבטיח היתכנות טכנית.

בשלב אופטימיזציית הצמיחה, שיטת חיסון חדשנית המשתמשת בתאית ממוחזרת, במקום חיסונים מבוססי גרעיני דגנים, שיפרה משמעותית את מהירות הגידול ואת קולוניזציה של המצע, הפחיתה את זמני הדגירה והתיישרה עם צרכי הייצור התעשייתי.

אופטימיזציה של תכונות החומר התמקדה בתכונות תרמיות, עמידות באש והתנהגות לחות - תכונות מפתח לחומרי בידוד. ביו-מרוכבים של תפטיר השיגו ערכי מוליכות תרמית של 0.034-0.039 W/m·K, בדומה למבודדים קונבנציונליים. תכונות התנהגות הלחות נחשבות מספיקות לשימוש בו כבידוד. התכונות ההידרופוביות שופרו באמצעות ציפוי, ושיפרו את העמידות בתנאים לחים. חידושים אלה מבטיחים שביו-חומרים מרוכבים של תפטיר עומדים באמות המידה בתעשייה עבור יישומים שונים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בשנת 2022, ענף הבנייה היה אחראי ל-21% מפליטות גזי החממה העולמיות וייצר 38.4% מסך הפסולת באיחוד האירופי ^1,2. חלק ניכר מהשפעה זו נובע מייצור וסילוק של חומרי בידוד קונבנציונליים כגון פוליסטירן מורחב (EPS) וקצף פוליאיזוציאנורט (PIR). חומרים אלה מבוססים על פטרוכימיה, עתירי אנרגיה לייצור, ומהווים סיכונים סביבתיים ארוכי טווח עקב התכלות ביולוגית ירודה ופחמן מגולם גבוה ^3,4.

כדי להתמודד עם אתגרים אלה, המחקר הנוכחי מציג מתודולוגיה אופטימלית לייצור חומרים מרוכבים מבוססי תפטיר (MBC) ליישומי בידוד תרמי. המטרה העיקרית של שיטה זו היא לבסס גישה ניתנת לשחזור בקנה מידה מעבדתי שניתן להתאים להקשרים תעשייתיים, באמצעות Ganoderma resinaceum (GR) הגדל על קש לפתית (RS). טכניקה זו נועדה לייצר חומר בידוד ביולוגי לחלוטין, שלילי פחמן עם תכונות תחרותיות של ויסות תרמי ולחות.

MBCs מציעים יתרונות משכנעים על פני בידוד קונבנציונאלי. הם מיוצרים מפסולת חקלאית, דורשים קלט אנרגיה מינימלי, פועלים ככיור פחמן במהלך חייהם ומתפרקים באופן טבעי בשלב סוף החיים, מה שהופך אותם למועמדים חזקים למערכות בנייה מעגליות ^5,6. בהשוואה לחלופות אחרות מבוססות ביו כמו תאית או המפקריט, MBCs משלבים באופן ייחודי מוליכות תרמית נמוכה עם לכידות מבנית וכוונון הידרופובי, שניתן להשיג באמצעות בקרת גדילה וטכניקות לאחר עיבוד ^7,8.

הספרות הרחבה יותר תומכת יותר ויותר ברלוונטיות של MBCs. סקירות ומחקרים אמפיריים מדגישים את התאמתם לבידוד תרמי ואקוסטי, את יכולת ההתאמה שלהם לזיווגים שונים של מצע-פטרייה, ואת הפוטנציאל שלהם לייצור מודולרי או באתרו בקנה מידה אדריכלי ^6,9,10. לדוגמה, GR-RS MBCs שנבדקו בתנאים מבוקרים הראו מוליכות תרמית של כ-0.045 W/m·K, קיבולת חום סגולה של 1800 J/kg· K, וחוזק דחיסה של עד 0.5 מגה פיקסל, המציין רמות ביצועים המתאימות ללוחות בידוד שאינם נושאי עומס בקירות וגגות ^6,7,8. יתר על כן, צצו גישות ביומימטיות, הממסגרות MBCs כחומרי עיצוב רספונסיביים במחקר אדריכלי¹¹. עם זאת, הבטחת עקביות מכנית ועמידות על פני קשקשים נותרה תחום מחקר פעיל¹².

MNEXT השיקה את הפרויקט המיתולוגי - חומרי תפטיר (Mytherials) לבידוד תרמי בבנייה. יוזמה זו מרחיבה את הממצאים הקודמים לפיהם GR ו-RS מהווים שילוב מבטיח לפיתוח MBC, תוך התמקדות בחידוד תנאי הגידול, בדיקת חומרים על פי תקני ISO הרלוונטיים ליישום הבידוד, והערכת פרמטרים כלכליים וקבלת משתמשים לשדרוג עתידי.

טכניקה זו רלוונטית במיוחד עבור חוקרים, אדריכלים ויצרנים החוקרים חומרי בניין בעלי השפעה נמוכה עם מחזור חיים מעגלי. השיטה מתמקדת ביישומי בידוד בקירות, גגות ורצפות, כאשר צפיפות נמוכה, ויסות תרמי והתנהגות לחות הם קריטיים. גורמי הקשר מרכזיים כוללים זמינות מקומית של מצעים ומיני פטריות, יכולת ההרחבה של תהליך החיסון והצמיחה ועמידה בתקני ביצועי הבניין. המתודולוגיה כוללת הערכה של מוליכות תרמית, קיבולת חום ספציפית, תגובת לחות ודחיית מים, המאפשרת למשתמשים להעריך את תחולתה על סמך תנאי הסביבה ודרישות הרגולציה.

כתב יד זה מציג את התוצאות של עבודה זו: שיטה בקנה מידה מעבדתי אך ניתנת להרחבה לייצור GR-RS MBCs, כולל פרמטרי גידול אופטימליים ופרוטוקולי בדיקת חומרים. בעוד ש-GR-RS הוא המוקד, הפרוטוקול ניתן להתאמה למינים ומצעים פטרייתיים אחרים, מה שהופך אותו לרלוונטי עבור גיאוגרפיות מגוונות וזמינות חומרי גלם. למרות שהשיטה יעילה בקנה מידה מעבדתי או פיילוט, ייתכן שיהיה צורך בהתאמות נוספות ליישום בקנה מידה גדול כדי להבטיח עקביות וחסכון.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

החומרים, הציוד, המכונות והתוכנות המשויכות המשמשות במאמר זה מפורטים בטבלת החומרים. הפרוטוקול מחולק לשני חלקים עיקריים, ייצור MBC ובדיקת חומרים.

1. ייצור MBC

הכנת שרצים
1. ממיסים 20 גרם אבקת מרק תמצית מאלט ב-1 ליטר מים דה-מינרליים (או 2 גרם לכל 100 מ"ל ציר) בבקבוק ארלנמאייר בנפח 1 ליטר. מערבבים את התכולה בבקבוק ארלנמאייר בעזרת מכשיר ערבוב מחומם בחום של 150 מעלות צלזיוס.
2. מכסים את הבקבוק במכסה חדיר, כגון גזה של כדור כותנה בפקק נייר אלומיניום, ומחיתים את התערובת ב-121 מעלות צלזיוס למשך 25 דקות. מרק תמצית הלתת (MEB) מוכן לשימוש.
  הערה: עבור כל שלב עם חיטוי, בדוק את מפלס המים בתוך החיטוי והפליטה, וודא שמפלס המים הוא בין רמות המינימום למקסימום. יש לבצע דה-מינרליזציה של כל מים שנוספו לחיטוי (או כל מים שנכנסים לחיטוי) כדי להבטיח פעולה מיטבית, מכיוון שהמינרלים עלולים לגרום לבעיות בפעולת המכונה. כל הפריטים הניתנים לחיטוי מסומנים בסרט חיווי חיטוי, המפתח פסים שחורים לאחר עיקור, המאשר שתהליך החיטוי הצליח. תן תמיד לתכולה להתקרר לטמפרטורת החדר (RT) לפני שתתחיל בשלב הבא.
3. יש להוסיף תאית לשקית הניתנת לחיטוי 1:1.32 לכל גרם תאית של מים דה-מינרליים.
4. עסו את השקיות באופן ידני למשך 2 דקות כדי להבטיח פיזור אחיד של המים בתוך התאית.
5. תייג שקיות (אמצעי חיסון - סוג פטרייתי - תאריך - משקל - חוקר ראשי תיבות) והדביק סרט חיטוי על השקית.
6. חיטוי השקיות ב-121 מעלות צלזיוס למשך 25 דקות, המכילות תאית מעורבבת במים.
7. לאחר סיום מחזור החיטוי, הנח שקיות תאית במכסה המנוע הלמינרי (LAF) עד להתקררות.
  הערה: כאשר פועלים ב-LAF, שמירה על סטריליות קפדנית היא קריטית. נהלים המבוצעים בסביבה זו רגישים ביותר, וטיפול לא נכון עלול להגדיל משמעותית את שיעורי הזיהום. מומלץ לנקות את ארון ה-LAF ואת כל הפריטים שיש להניח בתוכו על ידי ניגובם תחילה בתמיסת מדיקרין (טבליה אחת לכל 10 ליטר מים), ולאחר מכן ניגובם ב-70% אתנול, לפני ואחרי ההליך.
8. השתמש בלולאת חיסון סטרילית או במרית סטרילית כדי לחתוך צלחת פטרי בקוטר 100 מ"מ של GR לארבעה חלקים שווים.
  הערה: צלחת ה-GR נקנית כשרץ אם. ניתן לשכפל את השרצת האם במעבדה על ידי טכנאי מעבדה ביולוגית; עם זאת, התהליך מחוץ לתחום בכתב היד הזה.
9. עקרו את בלנדר המעבדה על ידי חיטוי בטמפרטורה של 121 מעלות צלזיוס למשך 25 דקות, לפני הנחתה ב-LAF, נגבו את החלק החיצוני עם תמיסת מדיקרין ואתנול 70%.
10. מעבירים שני חלקים לכוס בלנדר המעבדה הסטרילית ומוסיפים 50 מ"ל MEB (מוכן ב-1.1.2).
11. הנח את הכוס על המסובב והפעל במהירות נמוכה במשך 30 שניות, וודא שכל צלחת הפטרי נחתכה כראוי על ידי בדיקה ויזואלית של התערובת.
12. יוצקים את תערובת המרק המחוסנת לשקית עם תערובת התאית + המים ומעסים את התכולה ידנית למשך 2 דקות.
13. העבירו את השקית לתא האקלים למשך 5 ימים בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס ו-80% לחות יחסית (RH).
14. יש לנער ולעסות את השקית בעדינות במשך 2 דקות לאחר 3 ימים. החזירו את האינקובטור לאינקובטור. השריצה מוכנה לאחר 5 ± 1 ימי צמיחה.
הכנת מצע
1. הניחו קערה או דלי ריק על המשקל וטרפו אותו. לאחר מכן העבירו את המצע לדלי ורשמו את משקל המצע.
  הערה: מומלץ לא להשתמש ביותר מ-160 גרם לשקית (530 מ"מ x 370 מ"מ) כדי להבטיח עיקור הולם של תכולת השקית. שימוש בכמויות גדולות יותר עשוי לדרוש זמן עיקור ארוך יותר עקב חדירת חום איטית בנפחים גדולים (או יחס נפח לפני השטח גדול יותר).
2. שקלו מים שיש להוסיף בהתאם ליחס 1.65:1 RS מצע: מים דה-מינרליים וערבבו היטב באמצעות ידיים, או לכמויות גדולות יותר, מערבל מלט.
3. מניחים את התערובת בשקיות הניתנות לחיטוי.
4. סגור את השקיות עם אוטם שקיות או סרט.
5. סמן את השקיות (סוג המצע - תאריך - משקל - ראשי תיבות) והדביק סרט חיטוי.
6. יש להניח שקיות בחיטוי ולהתחיל מחזור של 121 מעלות צלזיוס למשך 25 דקות.
חיסון מצע
1. הוציאו את השקיות מהחיטוי והניחו אותן בארון ה-LAF.
2. מערבבים את התאית המחוסנת עם בלנדר מקל מטבח בעוצמה הנמוכה ביותר (מנוקה עם תמיסת מדיקרין ואתנול) למשך 30 שניות כדי להבטיח מידות חלקיקים אחידות הומוגניות.
3. שקלו השרצה: 10% מהמשקל הכולל של המצע + מים (משקל רטוב) בעזרת משקל ושפכו אותו בתוך השקית.
  הערה: השריצה של 10% יכולה להשתנות בהתאם לתנאי הסטריליות. בתנאי מעבדה, 10% נקבעו כפשרה הטובה ביותר בין כמות השריצה לזיהום. בתנאים משודרגים, ככל שכמות ההטלה גדולה יותר, כך רמות הסטריליות/ניקיון הנחוצות לצמיחה נאותה.
4. אטמו את השקית עם סילר או סרט ונערו/עסו אותה בעדינות במשך 2 דקות כדי להבטיח פיזור אחיד.
5. סמן שוב את השקיות (סוג מצע - סוג פטרייתי - תאריך - משקל המצע - משקל השרצה - ראשי תיבות).
יציקת
הערה: ניתן לבצע שלב זה מיד לאחר חיסון המצע או תוך חמישה ימים. בפרוטוקול זה הוא מתבצע באופן מיידי כדי להאיץ את התהליך הכולל. בעוד שהעיתוי אינו משפיע על התוצאה הסופית, לאחר 5 ימים החומר הופך להיות קשה ליציקה, מכיוון שהוא נוטה להיקשר בחוזקה זה לזה.
1. נקה את התבנית כדי לעצב את ה-MBC עם תמיסת מדיקרין תחילה ולאחר מכן 70% אתנול לפני הנחתו מתחת לארון ה-LAF.
  הערה: התבניות המשמשות במחקר זה הן מרובעות 200 מ"מ x 200 מ"מ x 50 מ"מ, בהתאם למידות המפורטות בתקני ISO לבדיקות המתוכננות.
2. טרפו את התבנית על המשקל ומלאו אותה במצע המחוסן. הקפד לפזר את החומר באופן שווה על פני התבנית, ולהשאיר אותו שטוח לחלוטין.
3. רשום את המשקל כדי להבטיח צפיפות ייצור שווה לשאר התבניות, אם רלוונטי.
4. חותכים נייר כסף מחורר כדי לכסות את המשטח העליון של התבניות ומנגבים אותו בתמיסת מדיקרין ו-70% אתנול.
5. מכסים את התבנית בנייר כסף מחורר ומדביקים אותה כדי לאבטח אותה.
6. סמן את התבנית (סוג המצע - סוג הפטרייה - תאריך - משקל - ראשי תיבות).
7. הנח את התבניות הממולאות בתא האקלים בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס ו-80% לחות יחסית למשך 7 ± 1 ימים.
8. לאחר 3 ימי צמיחה, הוציאו את הדגימות מהתבנית ב-LAF, הפכו אותן בעדינות ב-180 מעלות (הפוכות), וכסו שוב את התבניות בנייר כסף מחורר.
השבתה וייבוש
1. בדוק ויזואלית את צמיחת הדגימות על ידי התבוננות בקולוניזציה אחידה של תפטיר ומידת הלובן.
2. לאחר צמיחה מספקת, בדרך כלל 7 ± 1 ימים, יש לפרק את הדגימה ואת הגידול הפעיל ולייבש על ידי הכנסתו לתנור בחום של 65 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות ולהניח נייר אפייה מתחתיו כדי לספוג את הלחות ולמנוע ממנו להידבק למשטח התנור.
  הערה: אם מייבשים פאנל גדול יותר, הניחו משקל מעל כדי למנוע עיוות (עם נייר אפייה ביניהם). קחו בחשבון שעבור לוחות עבים, זה ידרוש יותר מ -24 שעות ייבוש. כדי לוודא אם הדגימה יבשה לחלוטין, עקוב אחר משקלה במהלך ייבוש התנור. הדגימה יכולה להיחשב יבשה כאשר שינוי המשקל הוא פחות מ-0.1% לאורך תקופה של 24 שעות.
3. הנח את תוויות השקית ליד הדגימות בתנור, או הדביק את הסרט על הדגימה.
4. שקלו את הדגימה בתום תהליך הייבוש ותייגו אותה (סוג מצע - סוג פטרייה - תאריך - משקל - ראשי תיבות).
פוסט-פרודקשן
1. הוסף ציפוי הידרופובי על ידי מריחה אחידה של 10 מ"ל באמצעות תרסיס בלחץ נמוך והשאיר לייבוש למשך 24 שעות בחלל מאוורר.
2. טבלו את הדגימה ב-50 מ"ל מהציפוי כדי למרוח שכבה שנייה והשאירו לייבוש למשך 24 שעות נוספות בחלל מאוורר.
3. שקלו את המדגם בעזרת משקל והוסיפו את סוג הציפוי והמשקל הסופי לתווית.

2. בדיקת חומרים

הערה: קבצים משלימים, כולל צילומי מסך שלב אחר שלב, מסופקים לשימוש בתוכנה הן במאפיינים התרמיים (קובץ משלים 1) והן במדידות חוזק דחיסה (קובץ משלים 2). הדגימות לבדיקה מותנות כולן בטמפרטורת חדר קבועה (23 ± 5) מעלות צלזיוס ו-50 ±-20% לחות יחסית למשך 48 שעות לפני הבדיקה.

מדידת מוליכות תרמית
הערה: במחקר זה נמדדו מוליכות תרמית וקיבולת חום ספציפית באמצעות מד זרימת חום (HFM) המבוסס על תקן NEN-EN ISO 8301, המיועד במיוחד לקביעת התכונות התרמיות של חומרי בידוד¹³.
1. הפעל את תוכנת HFM ולחץ לחיצה ימנית על הכרטיסייה כיול אוטומטי .
2. לחץ לחיצה ימנית על כפתור כיול HFT .
3. הזן את הנתונים הבסיסיים והגדר את נקודות ההגדרה בטבלה. הגדר את טמפרטורת הצלחת העליונה ל-17.5 מעלות צלזיוס ואת טמפרטורת הצלחת התחתונה ל-2.5 מעלות צלזיוס, וכתוצאה מכך טמפרטורה ממוצעת של 10 מעלות צלזיוס.
4. לחץ לחיצה ימנית על תיאור הפניה . שקלו ומדדו את תקן הכיול Netzsch EPS 200 מ"מ והכניסו זאת לתוכנה.
5. הנח את חתיכת ה-EPS ב-HFM, סגור את הדלת ולחץ לחיצה ימנית כדי לסמן את נקודת הגדרת העומס ב-2.1 kPa, ולאחר מכן לחץ לחיצה ימנית על כפתור התחל .
  הערה: לאחר הגעה ליציבות, הכיול והבדיקה ייפסקו אוטומטית.
6. בתוכנת HFM, לחץ לחיצה ימנית על כפתור האשפים ולאחר מכן לחץ לחיצה ימנית על בדיקת מוליכות תרמית.
7. הזן את הנתונים הבסיסיים ותיאור הדגימה. הגדר את אותם ערכים כמו 2.1.3 בטבלת נקודות ההגדרה. השתמש במד העובי המובנה כדי למדוד את עובי הדגימה.
  הערה: בעת הזנת הנתונים הבסיסיים, הקפד לשנות את מזהה הדוגמה, שם הקובץ והיעד לכל דוגמה
8. הנח את דגימת ה-MBC ב-HFM וסגור את הדלת, והקפד לשמור על הדגימה במרכז.
9. בחר את הכיול שבוצע בעבר ולחץ באמצעות לחצן העכבר השמאלי כדי לסמן את נקודת הגדרת העומס ב-2.1 kPa, ולאחר מכן לחץ לחיצה ימנית על כפתור התחל .
מדידת קיבולת חום ספציפית
1. לחץ לחיצה ימנית על כפתור הכיול האוטומטי .
2. לחץ לחיצה ימנית על כפתור תיקון מחסנית ריקה .
3. הזן את הנתונים הבסיסיים, הגדר את הטמפרטורה התלת-שלבית המוצגת בטבלה 1 וכונן את הצלחת לעובי של 0.25 ס"מ. לאחר מכן לחץ על התחל.
4. לאחר סיום כיול הערימה הריקה, לחץ לחיצה ימנית על כפתור האשפים ולאחר מכן לחץ לחיצה ימנית על בדיקת חום ספציפית.
5. הנח את ה-MBC ampבתוך ה-HFM וסגור את הדלת.
6. הזן את הנתונים הבסיסיים ותיאור הדגימה. השתמש במד העובי המובנה כדי למדוד את עובי הדגימה.
7. הגדר את אותם ערכים כמו 2.2.3 בטבלת נקודות ההגדרה ובחר את כיול הערימה הריקה שבוצע בעבר. לחץ לחיצה ימנית כדי לסמן את נקודת הגדרת הטעינה ב-2.1 kPa, ולאחר מכן לחץ לחיצה ימנית על כפתור התחל .
8. גש לנתונים לכל דגימה על ידי לחיצה ימנית על כפתור דוחות .
ספיגה/ספיגה של לחות
הערה: התקן, ISO 23327:2021, רלוונטי לחומרי בידוד¹⁴.
1. הכן קופסת מים מלאה ברבע מים, כפי שמוצג באיור 1. הנח שלוש רצועות סרט פלסטיק כדי להחזיק את הדגימה במקומה, וודא שהיא תישאר תלויה ולא תבוא במגע עם המים. ההגדרה דומה לאיור 1.
2. הכינו מראש את קופסת הפלסטיק בחדר בטמפרטורה של 23 ± 5 מעלות צלזיוס והמתינו 24 שעות לפני תחילת הניסויים.
3. לאחר 24 שעות, הניחו את הדגימה על גבי סרט הפלסטיק.
4. במרווחים של 0 שעות (לפני הניסוי), 0.5 שעות, 1 שעות, 2 שעות, 4 שעות, 8 שעות, 24 שעות ו-48 שעות הוציאו את דגימת ה-MBC מהקופסה, שקלו אותה על משקל ומדדו את מידותיה לפי איור 2. לאחר השקילה, הניחו שוב בתוך הקופסה וסגרו את המכסה.
  הערה: היה מהיר ככל האפשר בשלב השקילה והמדידה כדי למנוע אובדן לחות.
5. לאחר 48 שעות, הוציאו את הדגימה מהקופסה והניחו את הדגימה בתא אקלים בטמפרטורה של 25 מעלות צלזיוס ו-40% לחות יחסית.
6. באותם מרווחים כמו 2.3.5, שקלו את המדגם כדי לקבוע ירידה במשקל.
7. לאחר 48 שעות הניסוי מסתיים ונוצרות עקומות: ספיגה/ספיגה במשקל (ק"ג), כנגד זמן (h) ויציבות ממדית (%) כנגד זמן (h).
8. חשב את שינוי המסה (%) על ידי:
  
  M0 היא המסה הראשונית של הדגימה
  Mf היא המסה הסופית לאחר בדיקת הספיגה
9. חשב את הממוצע של כל ממד: אורך (), בסיס () ועובי () בכל מרווח.
  עבור כל ממד:
  
  n הוא מספר המדידות
  l_i, b_i, t_i = ערכים נמדדים בודדים
10. חשב את השינוי הממדי (%) בכל מרווח באמצעות הנוסחה.
  
  הוא L, B או T.
11. חשב את הנפח הראשוני (ס"מ³) ובכל מרווח.
12. חשב את השינוי הממדי הנפחי (V%) בכל מרווח.
חוזק דחיסה (התנהגות לחות)
הערה: נעשה שימוש בבדיקת חוזק דחיסת מתח של 10% בהתאם לתקן ISO 29469 מכיוון שהוא מיועד לחומרי בידוד¹⁵. נעשה שימוש במערך מכונת הבדיקה האוניברסלית (UTM) עם לוחות דחיסה מרובעים (250 מ"מ על 250 מ"מ). מכונה זו מאפשרת מגוון רחב של בדיקות מכניות, כולל בדיקות דחיסה, מתח וגזירה. חוזק הדחיסה נמדד כאשר הוא יבש, לח ולאחר ייבוש כדי להבין את התנהגות הלחות של MBCs.
1. מדוד את הממדים של דגימת ה-MBC באמצעות קליפר ורניה, על פי איור 2.
2. הנח את הדגימה ב-UTM, במרכזו מעל לוחית הדחיסה התחתונה.
3. הפעל תחילה את ה-UTM ולאחר מכן הפעל את התוכנה. עקוב אחר הסדר הזה; אחרת, המכונה לא תתחבר כראוי ותישאר במצב הדגמה.
4. בתוכנת UTM, לחץ לחיצה ימנית על הכרטיסייה כלי ספרייה ולחץ לחיצה ימנית על כרטיסיית המשנה שיטות ספרייה .
5. חפש את Iso 29469 בכלי החיפוש , ולאחר מכן לחץ לחיצה ימנית על התקן ולחץ על שיטת עריכה.
  הערה: לא לכל ספריות התוכנה של UTM יש תקן זה. התצורה של בדיקה זו מחייבת הגדרת מקטעי ה-UTM למהירות של 5 מ"מ לדקה, וקביעת גבול הניסוי ל-10% מתח (10% מהעובי הראשוני של הדגימה).
6. לחץ על התחל ניסוי בתוכנת UTM.
7. חשב חוזק דחיסה של 10% בפסקל (Pa) (σ₁₀) באמצעות הנוסחה:
  
  F₁₀ הוא הכוח במתח של 10%, בניוטון (N)
  A₀ הוא שטח החתך הראשוני של הדגימה, במטרים רבועים (m²).
8. חשב את מודול הדחיסה ב-Pa.
  
  Δσ הוא השינוי בחוזק הדחיסה, ב-Pa.
  Δε הוא השינוי במתח, ב-%.
9. מצב דגימות חדשות בקופסת המים מאיור 1 למשך 24 שעות וחזור על שלבים 2.4.1 עד 2.4.8 עבור הדגימות הלחות.
  הערה: מרכך דגימות נוספות בקופסת המים החל מ-2.4.9 כדי לייבש אותן לשימוש ב-2.4.10.
10. העבירו דגימות לחות שלא נבדקו לתנור בטמפרטורה של 50 מעלות צלזיוס למשך 12 שעות ועם אוורור מאוורר, ולאחר מכן חזרו על שלבים 2.4.1 עד 2.4.8 עבור הדגימות שלאחר הייבוש.
דוחה מים
1. הכן תמיסה על ידי ערבוב של 9 מ"ל מים עם 1 מ"ל של צבע מים אדום באמצעות גליל מדידה של 10 מ"ל. מערבבים היטב בעזרת כף.
2. חלקו את פני הדגימה לארבעה רבעים כפי שמוצג באיור 3, באמצעות פיסת סרט דקה או עט דק עם קצה לבד.
3. מדוד 100 מיקרוליטר מהמים הצבועים באדום באמצעות מיקרופיפטה והניח טיפה אחת בכל רבע של הדגימה. ודא שהטיפה מונחת על שטח פנים ישר בכל רבע.
  הערה: ודא שהטיפה משתחררת בתנועה אחת; אחרת, זה יכול להפריע למתח הפנים ולתת תוצאה לא חוקית. אם הטיפה מתפזרת בנפח זה, השתמש במקום זאת ב-50 מיקרוליטר ושים לב לשינוי.
4. עם מצלמה המוחזקת על ידי חצובה בגובה העיניים עם המשטח העליון של הדגימה, צלם תמונה של כל טיפה.
5. באמצעות תוכנת עיבוד תמונה בקוד פתוח, מדוד את זווית המגע משני צידי כל טיפה. חשב את זווית המגע הממוצעת באמצעות הנוסחה:
6. לאחר מדידת כל ארבעת הרבעים, חשב את זווית המגע הממוצעת הכוללת עבור המדגם באמצעות:

טבלה 1: טמפרטורות מדרגות לקיבולת חום ספציפית. טבלה זו מפרטת את מרווחי הטמפרטורה המוגדרים (ב-°C) המשמשים להערכת קיבולת החום הספציפית של דגימות ה-MBC. כל שלב מייצג טווח המשמש במהלך חימום מבוקר ויש להשתמש בו כקלט עבור ה-HFM. אנא לחץ כאן להורדת טבלה זו.

figure-protocol-14
איור 1: מערך ספיגת לחות.תרשים זה מציג את מערך הניסוי המשמש לבדיקת התנהגות ספיגת הלחות והספיגה של ה-MBCs. הדגימות הונחו בתנאי טמפרטורה ולחות מבוקרים. אין צורך בסרגל קנה מידה מכיוון שסקירת ההתקנה היא איכותית. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-15
איור 2: מדידת ממדים של MBC. התרשים מראה היכן למדוד שינויים ממדיים ב-MBCs לפני ואחרי רכיבה על לחות. המדידות נלקחו במספר נקודות שוות מרחק לדגימה (n = 5) עבור אורך, בסיס ועובי עם קליפר ורניר (דיוק ± 0.1 מ"מ). אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-protocol-16
איור 3: חלוקת פני השטח עבור בדיקת דחיית מים. תרשים זה ממחיש כיצד כל דגימה חולקה לרבעים שווי מרחק לבדיקת טיפות מים שיטתית. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ייצור MBC
ה-MBC צריך להיות לבן ברובו על פני השטח. המדגם צריך להידמות למבנה, לצבע ולהומוגניות של הדגימות באיור 4 ובאיור 5.

figure-results-1
איור 4: דוגמה ל-MBC הולם - מדגם 1. תמונה של דגימת MBC...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

שלב מפתח בפיתוח MBCs הוא הכנת השרצה, אותה יש לבצע בתנאים סטריליים מחמירים על ידי טכנאי מעבדה מיומן. תהליך זה רגיש לזיהום ודורש מיומנות גבוהה בטכניקות אספטיות. הכשרה נכונה בבטיחות ביולוגית וטיפול במעבדה היא חיונית, שכן איכות ההטלה משפיעה ישירות על יעילות הקולוניזציה וההומוגניות של החומר הסופי. יש להשלים את כל הכנת ההטלה במפגש אחד כדי לשמור על עקביות בין קבוצות הניסוי. צלחת פטרי מושבת במלואה עם תפטיר טרי היא חיונית, מכיוון שהיא משפיעה באופן משמעותי על קצב הצמיחה של התפטיר דרך המצע. מכיוון ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אינם מצהירים על ניגודי עניינים ואין להם גילויים רלוונטיים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mythic היה פרויקט מחקר במימון ציבורי שנתמך על ידי SIA Regio-orgaan ונערך כקונסורציום. כל תוצאות הפרויקט תואמות באופן מלא את עקרונות ה-FAIR (ניתן למצוא, נגיש, ניתן לפעולה הדדית וניתן לשימוש חוזר). הכרת תודה כנה לשותפים הבאים על תרומתם שלא תסולא בפז, המומחיות ושיתוף הפעולה שלהם לאורך הפרויקט. בסדר אלפביתי:
Agrodome B.V., פרד ואן דן בורג;
אוניברסיטת אוונס למדעים יישומיים - Caradt, סימון ואן דה ברוק
FRAAi Architechten, לידיה פראיג'ה
HZ האוניברסיטה למדעים שימושיים, לנארט זוטר
Impershield Europe B.V., וילם קמרס
מוגו S.R.L., אנליסה מורו
Nýlausn, Hörður Sveinsson
Recell B.V., Yme Flapper
Troldtekt B.V., ג'נין ואן קאן
אוניברסיטת אוטרכט, ד"ר ג'.פ. (ג'ורדי) פלקמנס ופרופ' ד"ר ה.א.ב. (האן) ווסטן
Verbruggen-paddestoelen B.V., ג'ון ורברוגן

המחויבות ושיתוף הפעולה שלהם היו חיוניים בפיתוח ובהצלחה של מחקר זה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שם	חברה	מספר קטלוג	הערות
1 ליטר בקבוק ארלנמאייר	Glazen-en-potten.nl	GT00148
גליל מדידה בנפח 1 ליטר	סיגמא-אלדריץ'	213905408
גליל מדידה בנפח 50 מ"ל	סיגמא-אלדריץ'	Z740856	צילינדר מדורג של Aldrich Essentials, מחלקה A, עומד ב-DIN ISO 4788
70% אתנול	בומלאב	8,00,12,02,72,500
תיק אוטוקלבר	SacO2	PPD75/REH6/V37*53
אוטוקלאב	VWR	TUTT210001
סרט אוטוקלב	סיגמא-אלדריץ'	BR61750
אטם שקיות	Profipack	101481	דגם HC-300
תקן כיול Netzsch EPS 200 מ"מ	נטשש	HFM446S0A95.001-00
תאית	Recell	https://recell.eu/markets/#recell-compose	נמסר על ידי שותף לפרויקט
גנודרמה רזינאצאום	Westerdijk Instituut	CBS 194.76
מד זרימת חום (HFM)	נטשש	https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1	קו HFM 446 למבדה אקולוגי קטן
מכשיר ערבוב מחומם	לבינקו	32000
תוכנת הורייזון	הורייזון סופטוור	https://www.tiniusolsen.com/product/horizon-software/	תוכנה להפעלת UTM
ציפוי הידרופובי	אימפרסילד אירופה	https://impershield.eu/product/bioseal-mycelium/	מיציליום ביוסיל אימפרשילד
ImageJ	ImageJ	https://imagej.net/ij/	תוכנה לעיבוד תמונות
לולאות חיסון	VWR	DIFC220217
בלנדר מקלות מטבח	בוש	MSM6M810
בלנדר מעבדה	Labowebshop	AXMX1000XTEES	בלנדר מעבדה וורינג 2L
מכסה זרימת אוויר למינרי (LAF)	MSE Supplies	LS1309	MSE PRO 43" ארון זרימה למינרי אופקי ברוחב
רמה	מנוטן	A830619	ווטרפאס - בסיס I-beam - סטנלי
אבקת מרק תמצית לתת	BoomLab	7,00,00,05,90,500
מדיקרין	אקולאב	3021760
מיקרופיפטה	סיגמא-אלדריץ'	FA10006M	פלטת מתכת של PIPETMAN P1000L מיקרופיפטה
נייר כסף מנוקב	סקברו	414075
Proteus SmartMode 8.5	נטשש	https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1	תוכנה להפעלת HFM
סולם	VEVOR	https://www.vevor.nl/analytische-balans-c_11079/vevor-digitale-laboratoriumweegschaal-laboratorium-analytische-weegschalen-5000g-p_010521620455?lang=en&srsltid=AfmBOopchyZ-medHCTmpdHiqjXOtvV7xCOdhXZ VIKi9LowzUk6ibehSx	דגם HZ-B50002
מצע	גרינפורט ווסט-הולנד	-	קשית לפתית שסופקה על ידי שותף הפרויקט.
מכונת בדיקה אוניברסלית (UTM)	טיניוס אולסן	https://www.tiniusolsen.com/product/model-50st/	דגם 50ST
קליפר ורנייה	סיגמא-אלדריץ'	Z136115

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Global Status Report for Buildings and Construction: Beyond foundations - Mainstreaming sustainable solutions to cut emissions from the buildings sector. , United Nations Environment Programme. (2024).
Waste Statistics. , Eurostat. At https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Waste_statistics#Data_sources (2025).
Zhao, J. R., Zheng, R., Tang, J., Sun, H. J., Wang, J. A mini-review on building insulation materials from perspective of plastic pollution: Current issues and natural fibres as a possible solution. J Hazard Mater. 438, 129449(2022).
Torres-Regalado, P., Santiago-Calvo, M., Gimeno, J., Rodríguez-Pérez, M. A. Thermal conductivity aging and mechanical properties of polyisocyanurate (pir) foams produced with different contents of HFO. J Appl Polym Sci. 140 (40), e54504(2023).
Livne, A., WoSten, H. A., Pearlmutter, D., Gal, E. Fungal mycelium bio-composite acts as a co2-sink building material with low embodied energy. ACS Sustainable Chem Eng. 10 (37), 12099-12106 (2022).
Elsacker, E., Vandelook, S., Brancart, J., Peeters, E., De Laet, L. Mechanical, physical and chemical characterisation of mycelium-based composites with different types of lignocellulosic substrates. PLoS One. 14 (7), e0213954(2019).
Appels, F. V., et al. Fabrication factors influencing mechanical, moisture-and water-related properties of mycelium-based composites. Mater Des. 161, 64-71 (2019).
Girometta, C., et al. Physico-mechanical and thermodynamic properties of mycelium-based biocomposites: A review. Sustainability. 11 (1), 281(2019).
Attias, N., Danai, O., Ezov, N., Tarazi, E., Grobman, Y. J. Developing novel applications of mycelium based bio-composite materials for design and architecture. Proceedings of Building With Biobased Materials: Best Practice and Performance Specification. , Zagreb, Croatia. (2017).
Jones, M., et al. Thermal degradation and fire properties of fungal mycelium and mycelium-biomass composite materials. Sci Rep. 8 (1), 17583(2018).
Elsacker, E., et al. A comprehensive framework for the production of mycelium-based lignocellulosic composites. Sci Tot Environ. 725, 138431(2020).
Hartley, K., Schülzchen, S., Bakker, C. A., Kirchherr, J. A policy framework for the circular economy: Lessons from the EU. J Clean Prod. 412, 137176(2023).
Thermal Insulation - Determination of Steady-State Thermal Resistance and Related Properties - Heat Flow Meter Apparatus. ISO 8301:1991. , ISO. at https://www.iso.org/standard/15421.html (1991).
Hygrothermal Performance of Building Materials and Products - Determination of Moisture Adsorption/Desorption Properties in Response to Periodic Temperature Variation. ISO 23327:2021. , ISO. at https://www.iso.org/standard/75239.html (2021).
Cellular Plastics - Determination of Compression Properties. ISO 844:2021. , ISO. at https://www.iso.org/standard/73560.html (2021).
Standard Test Method for Corona-Treated Polymer Films Using Water Contact Angle Measurements. ASTM D5946-17. , ASTM International. at https://www.astm.org/d5946-17.html (2017).
Houette, T., Maurer, C., Niewiarowski, R., Gruber, P. Growth and mechanical characterization of mycelium-based composites towards future bioremediation and food production in the material manufacturing cycle. Biomimetics. 7 (3), 103(2022).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Mycelium Bio Composites Rapeseed Straw Ganoderma Resinaceum Thermal Properties Moisture Behavior Insulation Materials Substrate Inoculation Compressive Strength Heat Flow Meter Water Repellency

ייצור ובדיקה של התנהגות לחות ותכונות תרמיות של קש לפתית וביו-קומפוזיטים של תפטיר Ganoderma resinaceum

במאמר זה

סיכום

תקציר

מבוא

פרוטוקול

תוצאות

דיון

גילויים

תודות

חומרים

מקורות

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

מאמרים קשורים