Produkcja i testowanie zachowania wilgoci oraz właściwości termicznych słomy rzepakowej i żywicy Ganoderma Mycelium Bio-Composites

Podsumowanie

Przedstawiamy tutaj zoptymalizowaną metodologię produkcji kompozytów na bazie grzybni (MBC) z petrochemikaliów i materiałów zanieczyszczających do zastosowań termoizolacyjnych. Aby stać się neutralnym dwutlenkiem węgla i zrównoważonym, rozwiązaniem mogą być materiały biobazowane i kompostowalne, takie jak biokompozyt grzybni. Aby ustalić, czy spełniają standardy konstrukcyjne, przeprowadzono kilka eksperymentów.

Streszczenie

Celem tych badań było sprostanie rosnącego zapotrzebowania na zrównoważone materiały budowlane poprzez opracowanie biokompozytów grzybni jako innowacyjnej, biobazowanej izolacji. Wykorzystując lokalne rolnicze produkty resztkowe lignocelulozy związane z grzybnią, oferują obiecującą okrągłą alternatywę dla materiałów na bazie kopalnych. Ten manuskrypt to skrócony obraz projektu Mythic, skupiony na optymalizacji technik wzrostu i właściwości materiałów, aby zapewnić wykonalność techniczną.

W fazie optymalizacji wzrostu nowatorska metoda inokulacji wykorzystująca odzyskaną celulozę zamiast inokulantów opartych na ziarnach ziaren znacznie poprawiła szybkość wzrostu i kolonizację podłoża, skracając czas inkubacji i dostosowując się do potrzeb produkcji przemysłowej.

Optymalizacja właściwości materiału koncentrowała się na właściwościach termicznych, odporności na pożar oraz zachowaniu wilgoci – kluczowych cechach materiałów izolacyjnych. Biokompozyty z grzybni osiągnęły przewodność cieplną 0,034-0,039 W/m·K, porównywalną z konwencjonalnymi izolatorami. Właściwości właściwości wilgotności są uznawane za wystarczające do zastosowania jako izolacja. Właściwości hydrofobowe zostały wzmocnione przez powłokę, poprawiając trwałość w wilgotnych warunkach. Te innowacje zapewniają, że biokompozyty grzybni spełniają branżowe standardy dla różnych zastosowań.

Wprowadzenie

W 2022 roku branża budowlana odpowiadała za 21% globalnych emisji gazów cieplarnianych i generowała 38,4% całkowitych odpadów w Unii Europejskiej ^1,2. Znaczna część tego wpływu wynika z produkcji i utylizacji konwencjonalnych materiałów izolacyjnych, takich jak kompandowane polistyren (EPS) i pianki poliizocyjanuranowe (PIR). Materiały te są oparte na petrochemikaliach, energoochłonne w produkcji i stanowią długoterminowe zagrożenia środowiskowe ze względu na niską biodegradowalność oraz wysoki poziom zawartego węgla ^3,4.

Aby sprostać tym wyzwaniom, obecne badanie przedstawia zoptymalizowaną metodologię produkcji kompozytów na bazie grzybni (MBC) do zastosowań izolacji termicznej. Głównym celem tej metody jest ustanowienie powtarzalnego, laboratoryjnego podejścia, które można skalować do kontekstów przemysłowych, wykorzystując żywicę Ganoderma (GR) uprawianą na słomie rzepakowej (RS). Technika ta została zaprojektowana tak, aby uzyskać w pełni biobazowany, ujemny węgiel materiał izolacyjny o konkurencyjnych właściwościach termicznych i regulujących wilgoć.

MBC oferują znaczące zalety w porównaniu z tradycyjną izolacją. Są one produkowane ze odpadów rolniczych, wymagają minimalnego nakładu energii, pełnią rolę pochłaniacza węgla przez cały okres życia i rozkładają się naturalnie na etapie końca życia, co czyni je silnym kandydatem do systemów budynków o cyrkuli ^5,6. W porównaniu z innymi alternatywami opartymi na biobazach, takimi jak celuloza czy konopi, MBC unikalnie łączą niską przewodność cieplną z kohezją strukturalną i strojeniem hydrofobowym, co można osiągnąć poprzez kontrolę wzrostu i techniki postprzetwarzania ^7,8.

Szersza literatura coraz częściej potwierdza znaczenie MBC. Przeglądy i badania empiryczne podkreślają ich przydatność do izolacji termicznej i akustycznej, zdolność adaptacji do różnych par podłoża i grzyba oraz potencjał do produkcji modułowej lub in-situ na skalach architektonicznych ^6,9,10. Na przykład testowane MBC GR-RS w warunkach kontrolowanych wykazały przewodność cieplną około 0,045 W/m·K, właściwą moc cieplną 1800 J/kg·K oraz wytrzymałość ściskającą do 0,5 MPa, co wskazuje na poziom wydajności odpowiedni dla nienośnych paneli izolacyjnych w ścianach i dachach ^6,7,8. Ponadto pojawiły się podejścia biomimetyczne, które przedstawiają MBC jako responsywne materiały projektowe w badaniach architektonicznych¹¹. Jednak zapewnienie mechanicznej spójności i trwałości we wszystkich skalach pozostaje aktywnym obszarem badań¹².

MNEXT rozpoczął projekt Mythic – materiały grzybniowe (Mytherials) do izolacji termicznej w budownictwie. Inicjatywa ta rozwija wcześniejsze ustalenia, że GR i RS stanowią obiecujące połączenie dla rozwoju MBC, koncentrując się na dopracowywaniu warunków wzrostu, testowaniu materiałów zgodnie ze standardami ISO istotnymi dla zastosowań izolacji oraz ocenie parametrów ekonomicznych i akceptacji przez użytkowników pod kątem przyszłego zwiększenia skali.

Ta technika jest szczególnie istotna dla badaczy, architektów i producentów badających materiały budowlane o niskim wpływie na życie o cyklicznym cyklu życia. Metoda koncentruje się na zastosowaniach izolacji w ścianach, dachach i podłogach, gdzie niska gęstość, regulacja ciepła i zachowanie wilgoci są kluczowe. Kluczowe czynniki kontekstowe to lokalna dostępność substratów i gatunków grzybów, skalowalność procesu szczepienia i wzrostu oraz zgodność ze standardami wydajności budynku. Metodologia obejmuje ocenę przewodności cieplnej, pojemności cieplnej właściwej, reakcji na wilgoć oraz odpychania wody, co pozwala użytkownikom ocenić jej zastosowanie na podstawie warunków środowiskowych i wymagań regulacyjnych.

Niniejszy manuskrypt przedstawia wyniki tych prac: metodę produkcji MBC GR-RS na skalę laboratoryjną, w tym zoptymalizowane parametry wzrostu i protokoły testowania materiałów. Chociaż GR-RS jest głównym tematem, protokół jest adaptowalny do innych gatunków grzybów i podłoży, co czyni go istotnym dla zróżnicowanych lokalizacji i dostępności surowców. Chociaż metoda jest skuteczna na poziomie laboratoryjnym lub pilotażowym, mogą być konieczne dalsze adaptacje dla wdrożenia na dużą skalę, aby zapewnić spójność i efektywność kosztową.

Protokół

Materiały, sprzęt, maszyny oraz powiązane oprogramowanie użyte w tym artykule są wymienione w Tabeli Materiałów. Protokół podzielony jest na dwie główne sekcje: produkcję MBC oraz testowanie materiałów.

1. Produkcja MBC

1. Przygotowanie do tarła
   1. Rozpuścić 20 g proszku bulionu z ekstraktem słodowym w 1 L wody demineralizowanej (lub 2 g na 100 ml bulionu) w kolbie Erlenmeyera o pojemności 1 L. Wymieszaj zawartość w kolbie Erlenmeyera, używając podgrzewanego urządzenia mieszającego w temperaturze 150 °C.
   2. Przykryj kolbę przepuszczalną kapsułką, na przykład gazą z bawełny w aluminiowym korku, i podkładaj mieszankę w autoklawie w temperaturze 121 °C przez 25 minut. Bulion ze słodu (MEB) jest gotowy do użycia.
      UWAGA: Przy każdym kroku z autoklawem sprawdź poziom wody wewnątrz autoklawu i wylotu, upewniając się, że poziom wody jest między minimalnym a maksymalnym. Każda woda dodana do autoklawu (lub każda woda trafiająca do autoklawu) powinna być demineralizowana, aby zapewnić optymalną pracę, ponieważ minerały mogą powodować problemy z pracą maszyny. Wszystkie elementy nadające się do autoklawu są oznaczane taśmą wskaźnikową autoklawu, która po sterylizacji tworzy czarne paski, potwierdzając sukces procesu autoklawu. Zawsze pozwól, by zawartość ostygła do temperatury pokojowej (RT) przed rozpoczęciem kolejnego kroku.
   3. Dodaj celulozę do worka autoklawowego w stosunku 1:1,32 na gram wody demineralizowanej.
   4. Masuj worki ręcznie przez 2 minuty, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie wody w celulozie.
   5. Worki na etykiety (nośnik inokulum - typ grzyba - data - waga - inicjały badacza) i taśma autoklawowa przyklejona do worka.
   6. Worek w autoklawie w temperaturze 121 °C przez 25 minut, zawierając celulozę zmieszaną z wodą.
   7. Po zakończeniu cyklu autoklawu umieść worki celulozowe w laminarnym okapie powietrza (LAF) do ostygnięcia.
      UWAGA: Podczas pracy w LAF utrzymanie ścisłej sterylności jest kluczowe. Procedury przeprowadzane w tym środowisku są bardzo wrażliwe, a niewłaściwe obchodzenie się z nimi może znacząco zwiększyć stopień zanieczyszczenia. Zaleca się najpierw wyczyścić szafkę LAF oraz wszystkie przedmioty do umieszczenia w środku poprzez przetarcie je roztworem medykarynowym (1 tabletka na 10 L wody), a następnie przetarcie 70% etanolem, zarówno przed, jak i po zabiegu.
   8. Użyj sterylnej pętli inokulacyjnej lub sterylnej łopatki, aby pociąć w pełni skolonizowaną szalkę Petriego o średnicy 100 mm z GR na cztery równe sekcje.
      UWAGA: Płyta GR jest kupowana jako matka spawn. Potomstwo matki może być replikowane w laboratorium przez technika laboratoryjnego biologicznego; Jednak proces ten w tym rękopisie jest poza zakresem.
   9. Sterylizuj kubek blendera laboratoryjnego, podgrzewając go w 121 °C przez 25 minut, a następnie włóż do LAF, wytrzyj zewnętrzną stronę roztworem medykaryny i 70% etanolem.
   10. Przełóż dwie części do sterylnego kubka blendera laboratoryjnego i dodaj 50 mL MEB (przygotowanego w wersji 1.1.2).
   11. Umieść kubek na rotatorze i pracuj z niską prędkością przez 30 sekund, upewniając się, że cała szalka Petriego została odpowiednio przycięta poprzez wizualną analizę mieszanki.
   12. Wlej zaszczepioną mieszankę bulionu do worka z mieszanką celulozy i wody i ręcznie masuj zawartość przez 2 minuty.
   13. Przełóż worek do komory klimatycznej na 5 dni w temperaturze 30 °C i wilgotności względnej 80% (RH).
   14. Potrząśnij i delikatnie masuj worek przez 2 minuty po 3 dniach. Włóż z powrotem do inkubatora. Tarło jest gotowe po 5 ± 1 dniu wzrostu.
2. Przygotowanie podłoża
   1. Postaw pustą miskę lub wiadro na wadze i wytłuj ją. Następnie przenieś podłoże do wiadra i zapisz wagę podłoża.
      UWAGA: Zaleca się nie używać więcej niż 160 g na worek (530 mm x 370 mm), aby zapewnić odpowiednią sterylizację zawartości worka. Stosowanie większych ilości może wymagać dłuższego czasu sterylizacji ze względu na wolne przenikanie ciepła w dużych objętościach (lub większy stosunek objętości do powierzchni).
   2. Waż wodę do dodania odpowiednio do stosunku 1,65:1 RS podłoża: woda demineralizowana i dokładnie wymieszaj ręcznie lub w większych ilościach za pomocą betoniarki.
   3. Włóż mieszankę do woreczków autoklawowych.
   4. Zamknij torbę lub torbę za pomocą zabezpieczenia lub taśmy.
   5. Oznacz torbę (typ podłoża - data - waga - inicjały) i przyklej taśmę autoklawową.
   6. Włóż woreczek(y) do autoklawu i rozpocznij cykl 121 °C przez 25 minut.
3. Inokulacja podłoża
   1. Wyjmij worki z autoklawu i włóż je do szafki LAF.
   2. Zmiksuj zaszczepioną celulozę z blenderem kuchennym o najniższej intensywności (czyszczonej roztworem medykarynowym i etanolem) przez 30 sekund, aby zapewnić równomierne jednorodne wymiary cząstek.
   3. Waż spawn: 10% całkowitej masy podłoża + wodę (mokrą wagę) na wadze i wlej do worka.
      UWAGA: 10% odlotów może się różnić w zależności od warunków bezpłodności. W warunkach laboratoryjnych uznano 10% za najlepszy kompromis między ilością tarła a skażeniem. W większych warunkach im większa liczba tarłów, tym niższe poziomy sterylności/czystości niezbędne do odpowiedniego wzrostu.
   4. Zamknij worek uszczelniaczem lub taśmą i delikatnie potrząśnij/masuj przez 2 minuty, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie.
   5. Ponownie oznacz worki (typ podłoża - typ grzyba - data - waga podłoża - waga tarła - inicjały).
4. Odlewnictwo
   UWAGA: Ten krok można wykonać bezpośrednio po zaszczepieniu podłoża lub w ciągu pięciu dni. W tym protokole jest to realizowane natychmiast, aby przyspieszyć cały proces. Chociaż czas nie wpływa na ostateczny efekt, po 5 dniach materiał staje się trudny do formowania, ponieważ ma tendencję do ścisłego łączenia się ze sobą.
   1. Najpierw wyczyść formę, aby uformować MBC, roztworem medykarynowym, a następnie 70% etanolem, zanim umieści ją pod szafką LAF.
      UWAGA: Formy użyte w tym badaniu mają wymiary kwadratowe o wymiarach 200 mm x 200 mm x 50 mm, zgodnie z wymiarami określonymi w normach ISO dla planowanych testów.
   2. Wystaw pleśń na skalę i wypełnij ją zaszczepionym podłożem. Upewnij się, że materiał rozprowadza się równomiernie po formie, pozostawiając go całkowicie płaskim.
   3. Zapisz wagę, aby zapewnić równą gęstość produkcji dla pozostałych form, jeśli to możliwe.
   4. Wytnij perforowaną folię, aby pokryć górną powierzchnię form i wytrzyj ją roztworem medykarynowym oraz 70% etanolem.
   5. Przykryj formę perforowaną folią i przyklej taśmą, aby ją zabezpieczyć.
   6. Oznacz pleśń (rodzaj podłoża - typ grzyba - data - waga - inicjały).
   7. Umieść wypełnione formy w komorze klimatycznej w temperaturze 25 °C i 80% wilgotności na 7 ± 1 dzień.
   8. Po 3 dniach wzrostu wyjmij próbki z formy w LAF, delikatnie obróć je o 180° (do góry nogami) i ponownie przykryj formy perforowaną folią.
5. Dezaktywacja i suszenie
   1. Wizualnie obserwuj wzrost próbek, obserwując jednolitą kolonizację grzybni oraz stopień bieli.
   2. Po odpowiednim wzrostie, zwykle 7 ± 1 dniu, wyjmij próbkę i deaktywny wzrost i wysusz, umieszczając ją w piekarniku w 65 °C na 24 godziny, a pod spodem umieść papier do pieczenia, aby wchłonął wilgoć i zapobiegł przyklejaniu się do powierzchni piekarnika.
      UWAGA: Jeśli suszysz większy panel, połóż na nim ciężarek, aby zapobiec odkształceniu (z papierem do pieczenia pomiędzy). Warto pamiętać, że w przypadku grubych paneli suszenie będzie wymagało ponad 24 godzin. Aby sprawdzić, czy próbka jest całkowicie sucha, obserwuj jej wagę podczas suszenia w piekarniku. Próbkę można uznać za suchą, gdy zmiana masy jest mniejsza niż 0,1% w ciągu 24 godzin.
   3. Umieść etykietę torebki obok próbek w piekarniku lub przyklej taśmę na próbkę.
   4. Zważ próbkę na końcu procesu suszenia i oznacz ją (typ podłoża - typ grzyba - data - waga - inicjały).
6. Postprodukcja
   1. Dodaj powłokę hydrofobową, równomiernie nakładając 10 mL za pomocą niskociśnieniowego sprayu i pozostawiając do wyschnięcia przez 24 godziny w wentylowanym pomieszczeniu.
   2. Zanurz próbkę w 50 mL powłoki, aby nałożyć drugą warstwę i pozostawić do wyschnięcia przez kolejne 24 godziny w wentylowanym pomieszczeniu.
   3. Zważ próbkę na wadze i dodaj rodzaj powłoki oraz ostateczną wagę do etykiety.

2. Testowanie materiałów

UWAGA: Dodatkowe pliki, w tym zrzuty ekranu krok po kroku, są udostępnione dla oprogramowania zarówno w zakresie właściwości termicznych (Plik Uzupełniający 1), jak i pomiarów wytrzymałości ściskowej (Plik Dodatkowy 2). Próbki do testów są kondycjonowane w stałej temperaturze pokojowej (23 ± 5) °C oraz wilgotności względnej 50 ± 20% przez 48 godzin przed testem.

1. Pomiar przewodności cieplnej
   UWAGA: W tych badaniach przewodność cieplną i pojemność cieplną mierzono za pomocą miernika przepływu ciepła (HFM) opartego na normie NEN-EN ISO 8301, która jest przeznaczona specjalnie do określania właściwości cieplnych materiałów izolacyjnych¹³.
   1. Uruchom oprogramowanie HFM i kliknij lewym przyciskiem na zakładkę Autokalibracja .
   2. Kliknij lewym przyciskiem na przycisk kalibracji HFT .
   3. Wprowadź podstawowe dane i skonfiguruj punkty nastawione w tabeli. Ustaw temperaturę górnej płyty na 17,5 °C, a dolną na 2,5 °C, co daje średnią temperaturę 10 °C.
   4. Kliknij lewym przyciskiem na opis referencyjny . Zważ i zmierz standard kalibracyjny Netzsch EPS 200 mm i wprowadź go do oprogramowania.
   5. Włóż element EPS do HFM, zamknij drzwi i kliknij lewym przyciskiem, aby zaznaczyć nastawioną wartość obciążenia na 2,1 kPa, a następnie kliknij przycisk Start lewym przyciskiem.
      UWAGA: Po osiągnięciu stabilności kalibracja i testy automatycznie się zatrzymują.
   6. W oprogramowaniu HFM kliknij lewym przyciskiem Wizards , a następnie kliknij Thermal Conductivity Test (Test przewodności cieplnej).
   7. Wprowadź podstawowe dane i opis okazu. Ustaw te same wartości co 2.1.3 w tabeli punktów nastawienia. Użyj wbudowanego miernika grubości do pomiaru grubości próbki.
      UWAGA: Podczas wprowadzania podstawowych danych upewnij się, że zmieniasz identyfikator próbki, nazwę pliku i miejsce docelowe dla każdej próbki
   8. Włóż próbkę MBC do HFM i zamknij drzwi, dbając o to, aby próbka pozostała wycentrowana.
   9. Wybierz wcześniej wykonaną kalibrację i kliknij lewym przyciskiem, aby zaznaczyć nastawioną wartość obciążenia na 2,1 kPa, a następnie kliknij przycisk Start .
2. Pomiar pojemności cieplnej właściwej
   1. Kliknij lewym przyciskiem Autokalibracji .
   2. Kliknij prawym przyciskiem na przycisk Korekcji Pustego stosu .
   3. Wprowadź podstawowe dane, ustaw temperaturę trzystopniową pokazaną w Tabeli 1 i płytę napędową na grubość 0,25 cm. Następnie naciśnij Start.
   4. Po zakończeniu kalibracji pustego stosu kliknij lewym przyciskiem Wizards , a następnie kliknij Specific Heat Test (Test Ciepła Specyficznego).
   5. Włóż próbkę MBC do HFM i zamknij drzwi.
   6. Wprowadź podstawowe dane i opis okazu. Użyj wbudowanego miernika grubości do pomiaru grubości próbki.
   7. Ustaw te same wartości co 2.2.3 w tabeli punktów nastawionych i wybierz kalibrację pustego stosu wykonaną wcześniej. Kliknij lewym przyciskiem, aby zaznaczyć nastawienie obciążenia na 2,1 kPa, a następnie kliknij przycisk Start lewym przyciskiem.
   8. Uzyskaj dostęp do danych na próbkę, klikając lewym przyciskiem Raporty .
3. Pochłanianie/desorpcja wilgoci
   UWAGA: Norma ISO 23327:2021 jest istotna dla materiałów izolacyjnych¹⁴.
   1. Przygotuj pudełko z wodą wypełnione w ćwierć wodą, jak pokazano na Rysunku 1. Przyłóż trzy paski plastikowej taśmy, aby utrzymać próbkę na miejscu, zapewniając, że pozostaje zawieszona i nie ma kontaktu z wodą. Układ przypomina Rysunek 1.
   2. Przygotowuj plastikowe pudełko w pomieszczeniu w temperaturze 23 ± 5 °C i czekaj 24 godziny przed rozpoczęciem eksperymentów.
   3. Po 24 godzinach połóż próbkę na taśmie plastikowej.
   4. W odstępach 0 h (przed eksperymentem) 0,5 h, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h, 24 h i 48 h wyjmujemy próbkę MBC z pudełka, ważymy ją na wadze i mierzymy zgodnie z rysunkiem 2. Po zważeniu włóż ponownie do pudełka i zamknij pokrywkę.
      UWAGA: Ważenie i mierzenie jest jak najszybsze, aby uniknąć utraty wilgoci.
   5. Po 48 godzinach wyjmij próbkę z pudełka i umieść ją w komorze klimatycznej w temperaturze 25 °C i 40% wilgotności.
   6. W tych samych odstępach co 2.3.5 waż próbkę, aby określić utratę masy ciała.
   7. Po 48 godzinach eksperyment zostaje zakończony i powstają krzywe: absorpcja/desorpcja w masie (kg), względem czasu (h) oraz stabilności wymiarowej (%) względem czasu (h).
   8. Oblicz zmianę masy (%) przez:
      
      M0 to początkowa masa próbki
      Mf to masa końcowa po teście absorpcyjnym
   9. Oblicz średnią każdego wymiaru: długość (), baza (), grubość () w każdym przedziale.
      Dla każdego wymiaru:
      
      
      
      n to liczba pomiarów
      l_i, _{b i}, t_i = indywidualne mierzone wartości
   10. Oblicz zmianę wymiarową (%) w każdym przedziale za pomocą wzoru.
       
       jest l, b lub t.
   11. Oblicz objętość początkową (^{cm 3}) i w każdym odstępie czasu.
       
       
   12. Oblicz zmienną wymiarową objętości (V%) w każdym przedziale.
       
4. Wytrzymałość na ściskanie (zachowanie wilgoci)
   UWAGA: Zastosowano test wytrzymałości na ściskanie na odkształcenia 10% zgodnie ze standardem ISO 29469, ponieważ jest przeznaczony dla materiałów izolacyjnych¹⁵. Zastosowano uniwersalną maszynę testową (UTM) z kwadratowymi płytami kompresyjnymi (250 mm x 250 mm). Maszyna ta umożliwia szeroki zakres testów mechanicznych, w tym testy ściskania, rozciągania i ścinania. Wytrzymałość na ściśnięcie mierzy się w stanie suchym, wilgotnym i po wysuszeniu, aby zrozumieć zachowanie wilgotności MBC.
   1. Zmierz wymiary próbki MBC za pomocą zacisku werniera, zgodnie ze Rysunkiem 2.
   2. Umieść próbkę w UTM, wyśrodkowaną nad dolną płytą kompresyjną.
   3. Najpierw włącz UTM, a potem uruchom oprogramowanie. Postępuj zgodnie z tą kolejnością; w przeciwnym razie maszyna nie połączy się poprawnie i pozostanie w trybie demonstracyjnym.
   4. W oprogramowaniu UTM kliknij lewym przyciskiem na zakładkę Narzędzia biblioteki oraz lewym na podzakładkę Metody biblioteki .
   5. Wyszukaj w narzędziu wyszukiwania ISO 29469, następnie kliknij prawym przyciskiem myszy na standard i naciśnij Edytuj metodę.
      UWAGA: Nie wszystkie biblioteki oprogramowania UTM mają ten standard. Konfiguracja tego testu wymaga ustawienia segmentów UTM na prędkość 5 mm/min oraz ograniczenia eksperymentu do 10% odkształcenia (10% początkowej grubości próbki).
   6. Naciśnij Start Eksperymentuj na oprogramowaniu UTM.
   7. Oblicz 10% wytrzymałości ściskającej w Pascalach (Pa) (σ₁₀) według wzoru:
      
      F₁₀ to siła przy 10% odkształcenia, w niutonach (N)
      ₀ to początkowy przekrój poprzeczny okazu, wynoszony w metrach kwadratowych (^{m 2}).
   8. Oblicz moduł ściskania w Pa.
      
      Δσ to zmiana wytrzymałości ściskającej, w Pa.
      Δε to zmiana odkształcenia, w %.
   9. Kondycjonuj nowe próbki w pudełku z wodą z rysunku 1 przez 24 godziny i powtarzaj kroki od 2.4.1 do 2.4.8 dla próbek wilgotnych.
      UWAGA: Kondycjonuj dodatkowe próbki w pudełku z wodą od wersji 2.4.9, aby następnie wysuszyć je do użycia w wersji 2.4.10.
   10. Przelej nieprzetestowane, wilgotne próbki do piekarnika w temperaturze 50 °C na 12 godzin i z wentylacją wentylatora, a następnie powtórz kroki od 2.4.1 do 2.4.8 dla próbek po wysuszeniu.
5. Odpuchowań wody
   1. Roztwór przygotuj, mieszając 9 ml wody z 1 ml czerwonego barwnika wodnego w cylindrze mierzącym 10 mL. Dobrze wymieszaj łyżką.
   2. Podziel powierzchnię próbki na cztery ćwiartki, jak pokazano na Rysunku 3, używając cienkiej taśmy lub cienkiego flomastera.
   3. Zmierz 100 μL wody barwionej na czerwono mikropipetą i umieść jedną kroplę w każdym kwadrancie próbki. Upewnij się, że kropla jest umieszczona na płaskiej powierzchni w każdym kwadrancie.
      UWAGA: Upewnij się, że kropla jest uwolniona jednym ruchem; w przeciwnym razie może to zakłócić napięcie powierzchniowe i dać nieważny wynik. Jeśli kropla rozprasza się przy tej objętości, użyj zamiast tego 50 μL i zanotuj zmianę.
   4. Aparatem na statywie umieszczonym na wysokości oczu z górną powierzchnią próbki zrób zdjęcie każdej kropli.
   5. Korzystając z otwartego oprogramowania do przetwarzania obrazu, mierz się kąt styku po obu stronach każdej krople. Oblicz średni kąt kontaktu, używając wzoru:
      
   6. Po zmierzeniu wszystkich czterech ćwiartków oblicz średni kąt styku dla próbki, używając:
      

Tabela 1: Temperatury stopniowe dla pojemności cieplnej właściwej. Ta tabela przedstawia zdefiniowane przedziały temperatur (w °C) używane do oceny pojemności cieplnej próbek MBC. Każdy krok reprezentuje zakres używany podczas kontrolowanego ogrzewania i musi być użyty jako wejście dla HFM. Prosimy kliknąć tutaj, aby pobrać tę tabelę.

Rysunek 1: Układ absorpcji wilgoci-desorpcji. Ten diagram pokazuje konfigurację eksperymentalną użytą do testowania zachowania absorpcji wilgoci i desorpcji przez MBC. Próbki umieszczano w warunkach kontrolowanej temperatury i wilgotności. Nie jest potrzebny pasek skali, ponieważ przegląd konfiguracji jest jakościowy. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Rysunek 2: Pomiar wymiarów MBC. Diagram pokazuje, gdzie mierzyć zmiany wymiarowe w MBC przed i po cyklowaniu wilgotności. Pomiary wykonywano w kilku równomiernie odległych punktach na próbkę (n = 5) dla długości, podstawy i grubości za pomocą zacisku werniera (dokładność ± 0,1 mm). Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Rysunek 3: Dział powierzchniowy do testów odpudralności wody. Ten diagram pokazuje, jak każda próbka była podzielona na równomiernie oddzielone ćwiartki do systematycznych testów kropel wody. Proszę kliknąć tutaj, aby zobaczyć większą wersję tej figurki.

Wyniki

Produkcja MBC
MBC powinno być na pierwszy rzut oka głównie białe. Próbka powinna przypominać strukturę, kolor i jednorodność próbek z Rysunku 4 i Rysunku 5.

Rysunek 4: Przykład adekwatnego MBC – Przykład

Dyskusja

Kluczowym etapem w rozwoju MBC jest przygotowanie tarła, które musi być wykonywane w surowych warunkach sterylnych przez wykwalifikowanego technika laboratoryjnego. Proces ten jest wrażliwy na zanieczyszczenia i wymaga wysokiego poziomu umiejętności w technikach aseptycznych. Odpowiednie szkolenia z zakresu bezpieczeństwa biologicznego i obsługi laboratoryjnej są niezbędne, ponieważ jakość tarła bezpośrednio wpływa na efektywność kolonizacji i jednorodność materiału końcowego. Całe przygotowanie do spawnu powinno być uko...

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
1 L Erlenmeyer flaska	Glazen-en-potten.nl	GT00148
1 L Cylinder Mierny	Sigma-Aldrich	213905408
Cylinder pomiarowy 50 mL	Sigma-Aldrich	Z740856	Cylindr Aldrich Essentials, klasa A, spełnia normy DIN ISO 4788
70% etanolu	Boomlab	8,00,12,02,72,500
Worek autoklawowy	SacO2	PPD75/REH6/V37*53
Autoklaw	VWR	TUTT210001
Taśma autoklawowa	Sigma-Aldrich	BR61750
Uszczelniacz do worków	Profipack	101481	Model HC-300
Standard kalibracyjny Netzsch EPS 200 mm	Netzsch	HFM446S0A95.001-00
Celuloza	Recell	https://recell.eu/markets/#recell-compose	Dostarczone przez partnera projektu
Ganoderma resinaceum	Westerdijk Instituut	CBS 194,76
Miernik przepływu ciepła (HFM)	Netzsch	https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1	HFM 446 Lambda Mała Linia Ekologiczna
Podgrzewane urządzenie mieszające	Labinco	32000
Oprogramowanie Horizon	Horizon Software	https://www.tiniusolsen.com/product/horizon-software/	Oprogramowanie do obsługi UTM
Powłoka hydrofobowa	Europa Impershield	https://impershield.eu/product/bioseal-mycelium/	Grzybnia Impershield BioSeal
ImageJ	ImageJ	https://imagej.net/ij/	Oprogramowanie do przetwarzania obrazów
Pętle inokulacyjne	VWR	DIFC220217
Blender kuchenny	Bosch	MSM6M810
Lab Blender	Labowebshop	AXMX1000XTEES	2L Waring lab blender
Laminarny okap z przepływem powietrza (LAF)	Zaopatrzenie MSE	LS1309	MSE PRO 43" Szerokość poziomej szafy laminarnej
Poziom	Manutan	A830619	waterpas - podstawa belki dwuteowej - Stanley
Bulion z ekstraktem słodowym w proszku	BoomLab	7,00,00,05,90,500
Medicarine	Ecolab	3021760
Mikropipeta	Sigma-Aldrich	FA10006M	PIPETMAN P1000L Micropipete Metalowe wyrzuty
Folia perforowana	Scabro	414075
Proteus SmartMode 8.5	Netzsch	https://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1	Oprogramowanie do obsługi HFM
Skala	VEVOR	https://www.vevor.nl/analytische-balans-c_11079/vevor-digitale-laboratoriumweegschaal-laboratorium-analytische-weegschalen-5000g-p_010521620455?lang=en&srsltid=AfmBOopchyZ-medHCTmpdHiqjXOtvV7xCOdhXZ VIKi9LowzUk6ibehSx	Model HZ-B50002
Podłoże	Greenport, Holandia Zachodnia	-	Słoma rzepakowa dostarczona przez partnera projektu.
Uniwersalna maszyna testowa (UTM)	Tinius Olsen	https://www.tiniusolsen.com/product/model-50st/	Model 50ST
Zacisk Vernier	Sigma-Aldrich	Z136115