菜種わらと 霊芝 菌糸体バイオコンポジットの水分挙動と熱特性の製造と試験
2025年9月5日
ここでは、断熱用途の石油化学製品および汚染材料から菌糸体ベースの複合材料(MBC)を製造するための最適化された方法論を紹介します。カーボンニュートラルで持続可能なものになるには、菌糸体バイオコンポジットのようなバイオベースで堆肥化可能な材料が解決策になる可能性があります。それらが建設基準を満たしているかどうかを判断するために、いくつかの実験が行われました。
私たちの研究は、現在の従来型と競合できる材料を開発することで、菌糸体バイオコンポジットを建設業界に統合することを目指しています。性能、耐久性、適用性に取り組みます。このプロトコルは、建設業界の基準に沿って菌糸体バイオコンポジットの正確な生産と試験を確保するギャップを埋め、再現性が高く均質な実験結果の達成に焦点を当てています。
この材料は、特に断熱性において従来の建築材料と同等の性能を示し、その可能性を強調しています。次の課題は耐久性と終末管理の課題です。後者は、バイオベースの建築材料における新しい検討事項です。
今後は菌糸体構成材料に注力し、今後は菌類種の固有価値や菌糸体バイオコンポジットの純粋な菌糸体材料にも注力していきます。また、産業環境の自動化にも取り組んでいます。まず、無菌接種ループを使って、完全に定着した直径100ミリメートルの霊芝樹脂培地ペトリ皿を4つの等しい区画に切ります。
コロニー化された培地の2つのセクションを滅菌の実験室ブレンダーカップに移します。カップにモルトエキスブロス50ミリリットルを加え、菌糸体と共にアガーに混ぜます。次に、接種したブロス混合物をオートクレーブ、セルロース、水を入れた袋に注ぎます。
袋の中身を2分間手でマッサージして均一に混ぜるようにしてください。次に、気候チャンバーを30度C、相対湿度80%に設定し、接種バッグをクライメイトチャンバーに5日間移します。基質の準備には、空のボウルやバケツを秤に置いて、それを蔛にします。
その後、基質をバケツに移し、その重さを記録します。次に、基質に対して1.65対1の比率で脱灰水を計量します。床材と水を手でよく混ぜます。
大量の基材を扱う場合はセメントミキサーを使いましょう。その後、水和した基質混合物をオートクレーブ可能な袋に入れます。袋をオートクレーブに入れ、121度で25分間サイクルを回します。
基質への接種では、スケールを使ってスポーンを基質と水の総湿水重量の10%に重くします。計量した子孫を滅菌された基質の袋に注ぎます。その後、ヒートシーラーやテープで袋を密封し、2分間優しく振るかマッサージしてスポーンを均等に分散させます。
型取りの場合は、型を秤で重さを量ってください。接種した基質を詰め、均等に広げて平らな表面を作ります。その後、型を穴あきホイルで覆い、テープで固定します。
充填され覆われた型を、25度C、相対湿度80%に設定された気候室に7日間置きます。約7日間の成長後、慎重にサンプルを型から取り出します。65度のオーブンでベーキングペーパーに24時間置き、湿気を吸収し、くっつきを防ぎます。
熱流量計ソフトウェアの校正後、基本データと試料の説明をソフトウェアに入力します。上下プレートの温度を必要に応じて設定してください。次に菌糸体ベースの複合サンプルをヒートフローメーターに入れ、ドアを閉めます。
以前に行ったキャリブレーションを選択してください。次に左クリックで負荷設定値を2.1キロパスカルに設定し、スタートボタンをクリックしてテストを開始します。比熱容量を測定するには、菌糸体ベースの複合材料サンプルを熱流量計の中に入れ、扉をしっかりと閉めます。
セットポイントテーブルで指定された値を設定します。そして、以前に行った空スタックのキャリブレーションを選択します。左クリックで負荷設定値を2.1キロパスカルに設定します。
そしてスタートボタンをクリックします。水分吸収と脱着の分析のために、水の高さの4分の1まで水を満たした水箱を準備します。菌糸体ベースの複合サンプルを水面に触れずに3本のプラスチックテープを浮かせます。
次にバーニアキャリパーで試料を測定します。0、0.5、1、2、4、8、24、48時間の指定された間隔で、水箱からサンプルを取り出します。体重計で計量し、水分損失を最小限に抑えるために素早く寸法を測ってください。
各測定後はサンプルを水箱に戻し、蓋を閉じます。48時間後、サンプルを水箱から取り出し、25度C、相対湿度40%に設定された気候チャンバーに入れます。圧縮強度測定では、標準手順に従って菌糸体ベースの複合試料の寸法をバーニアキャリパーで測定します。
サンプルをユニバーサルテストマシンに入れ、下部圧縮板の中央に置きます。次にユニバーサルテストマシンを起動し、適切な接続を確認するためにオペレーティングソフトウェアを起動します。ソフトウェア内で検索ツールを使ってISO 29469を検索してください。
リストに記載された標準を右クリックし、「編集方法」を押して進めます。ユニバーサルテストマシンソフトウェアの「実験開始」ボタンを押して圧縮テストを開始します。新鮮なサンプルを調理するには、前述の通り24時間水箱に吊るします。
未使用の湿ったサンプルは、50度に設定したオーブンに移し、ファン換気で12時間過ごします。防水効果を評価するには、20ミリリットルのエルレンマイヤーに9ミリリットルの水と1ミリリットルの青色染料を加え、十分に混ぜます。次に、細いフェルトペンを使って菌糸体ベースの複合サンプルの表面を4つの象限に分けます。
マイクロピペットを使って、染色水100マイクロリットルを測定します。4つの象限それぞれの平らな面に1滴ずつ置きます。三脚に持ち上げたカメラを使い、サンプルの表面と目線を合わせて、各滴の写真を撮ります。
目視検査を通過したサンプルは、滑らかな質感で白く均一な表面で変色や剥がれがなく、適切に成長した菌糸体ベースの複合材料に期待される外観と一致しました。目に見え不十分な菌糸体ベースの複合サンプルでは、緑、黒、黄、青などの多色の表面斑点や、不均一な質感、剥がれや草が生え茂った部分など、汚染の兆候が見られました。質の悪い3つ目のMBC例では、ゆるく詰め込まれた構造と目に見える藁の粒子と不完全な菌糸体被覆が見られました。
試料の平均熱伝導率は0.0367ワット/ケルビンと一貫して低く、十分な断熱性能を裏付けました。平均圧縮強度は乾燥後の状態で最も高く24.99キロパスカル、次いで乾燥状態で21.02キロパスカルでした。そして湿潤条件下では最低14.85キロパスカルです。
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概要
この研究は、断熱応用を目的とした菌糸体ベース複合材料（MBC）の最適化された製造方法を提示します。この研究は、性能と耐久性に焦点を当て、これらのバイオ複合材料を建設業界に統合しています。
主要な研究構成要素
科学の分野
- バイオ複合材料
- 建設材料
- 持続可能な材料
背景
- 菌糸体ベース複合材料は、石油化学材料の環境に優しい代替品と考えられています。
- 持続可能な建設材料の必要性が高まっています。
- 現在の材料はしばしば環境基準を満たしていません。
- 研究は建設業界の基準への準拠を確保することを目的としています。
研究の目的
- 建設業界向けの競争力のある菌糸体バイオ複合材料を開発すること。
- これらの材料の性能と耐久性に対処すること。
- 繰り返し可能で均一な実験結果を確保すること。
使用された方法
- 菌糸体複合材料の実験的テスト。
- 従来の建設材料との比較。
- 断熱性能に焦点を当てること。
- 耐久性と終末管理の評価。
主要な結果
- 菌糸体バイオ複合材料は、従来の材料と比較可能な断熱性能を示します。
- 研究は、建設におけるバイオ複合材料の可能性を強調します。
- 耐久性は将来の研究の課題であり続けています。
- 終末管理はこれらの材料に対する新しい考慮事項です。
結論
- 菌糸体ベース複合材料は持続可能な建設に貢献できます。
- 耐久性を向上させるためのさらなる研究が必要です。
- 終末管理への対処は採用にとって重要です。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Optimized production and quantitative testing of mycelium bio-composites address the need for sustainable, high-performance insulation materials in construction and materials science. Rigorous evaluation of thermal, moisture, and mechanical properties enables predictive confidence for early-stage material selection and portfolio triage. These advances support risk-adjusted decisions for integrating biobased alternatives into industrial R&D pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Quantitative testing of thermal and moisture properties enables hypothesis-driven material selection.
- Standardized protocols reduce mechanistic ambiguity in material performance assessment.
- Benchmarking against conventional insulators supports predictive confidence for further development.
Screening & Assay Development
- Validated measurement of thermal conductivity and compressive strength ensures reproducibility across batches.
- Moisture absorption and desorption assays provide quantitative outputs for screening candidate formulations.
- Standardized visual and mechanical quality controls enable reliable evaluation of composite integrity.
Translational & Preclinical Research
- Alignment with industry benchmarks facilitates translational continuity from lab-scale to industrial-scale production.
- Durability and end-of-life management considerations inform risk-adjusted advancement decisions.
- Quantitative data on hydrophobic coatings support adaptation for diverse environmental conditions.
Pipeline & Workflow Integration
This methodology positions mycelium bio-composites for integration from early discovery through preclinical material validation in sustainable materials R&D.
- Discovery Biology: Quantitative property testing supports hypothesis-driven material optimization and pathway clarification.
- Screening: Standardized assays for thermal, moisture, and mechanical properties enable reproducible candidate evaluation.
- Analytics: Statistical analysis of dependent variables such as conductivity and strength informs comparative decision-making.
- Translational Research: Industry-aligned benchmarks facilitate continuity from discovery to preclinical validation.
- Enterprise Reuse: Protocols and measurement standards are adaptable for broader biocomposite development pipelines.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in material performance and reduction of mechanistic uncertainty.
- Operational Value: Standardized, scalable protocols for reproducible material production and testing.
- Strategic Value: Informed go/no-go decisions and capital-efficient portfolio advancement.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization of sustainable material candidates for further development.
Implementation Considerations
- Expertise in sterile technique and quantitative material testing is required.
- Instrumentation needs include heat flow meters, universal testing machines, and climate chambers.
- Cross-team standardization of protocols ensures reproducibility and comparability.
- Adaptation across different lignocellulosic substrates may require protocol adjustments.
- Durability and end-of-life management remain practical limitations for industrial adoption.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:11
Mycelium-Based Composites Production for Thermal Insulation Applications
4:04
Material Testing of Mycelium-Based Composites: Thermal Conductivity
4:44
Specific Heat Capacity
5:15
Moisture -Sorption
6:18
Compressive Strength
7:25
Surface Hydrophobicity
8:09
Results
