Yöntem makalesi

Kolza Saman ve Ganoderma resinaceum Miselyum Biyokompozitlerinin Nem Davranışı ve Isıl Özelliklerinin Üretimi ve Test Edilmesi

DOI:

10.3791/68375

⸱

5 Eylül 2025

 , 
1Centre of Expertise MNEXT, Avans University of Applied Sciences

* These authors contributed equally

Bu makalede

Özet

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

Burada, ısı yalıtım uygulamaları için petrokimyasallardan ve kirletici malzemelerden miselyum bazlı kompozitler (MBC'ler) üretmek için optimize edilmiş bir metodoloji sunuyoruz. Karbon nötr ve sürdürülebilir olmak için miselyum biyo-kompozit gibi biyobazlı ve kompostlanabilir malzemeler çözüm olabilir. İnşaat standartlarını karşılayıp karşılamadıklarını belirlemek için birkaç deney yapıldı.

Özet

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

Bu araştırma, miselyum biyo-kompozitlerini yenilikçi, biyo-bazlı yalıtım olarak geliştirerek sürdürülebilir inşaat malzemelerine yönelik artan talebi karşılamayı amaçladı. Miselyum tarafından bağlanan yerel tarımsal lignoselülozik kalıntı yan ürünleri kullanarak, fosil bazlı malzemelere umut verici bir dairesel alternatif sunarlar. Bu el yazması, teknik fizibiliteyi sağlamak için büyüme tekniklerini ve malzeme özelliklerini optimize etmeye odaklanan Mythic projesinin yoğunlaştırılmış bir görünümüdür.

Büyüme optimizasyonu aşamasında, tahıl çekirdeği bazlı aşılayıcılar yerine geri kazanılmış selüloz kullanan yeni bir aşılama yöntemi, büyüme hızını ve substrat kolonizasyonunu önemli ölçüde iyileştirdi, kuluçka sürelerini kısalttı ve endüstriyel üretim ihtiyaçlarıyla uyumlu hale geldi.

Malzeme özelliği optimizasyonu, yalıtım malzemeleri için temel özellikler olan termal özelliklere, yangına dayanıklılığa ve nem davranışına odaklanmıştır. Miselyum biyo-kompozitleri, geleneksel izolatörlerle karşılaştırılabilir şekilde 0.034-0.039 W/m·K termal iletkenlik değerlerine ulaşmıştır. Nem davranış özelliklerinin, yalıtım olarak kullanılması için yeterli olduğu düşünülmektedir. Hidrofobik özellikler, nemli koşullarda dayanıklılığı artıran bir kaplama ile geliştirilmiştir. Bu yenilikler, miselyum biyo-kompozitlerinin çeşitli uygulamalar için endüstri kriterlerini karşılamasını sağlar.

Giriş

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

2022 yılında inşaat sektörü, küresel sera gazı emisyonlarının %21'inden sorumluydu ve Avrupa Birliği'ndeki toplam atığın %38,4'ünü üretti 1,2. Bu etkinin önemli bir kısmı, genleşmiş polistiren (EPS) ve poliizosiyanürat (PIR) köpükler gibi geleneksel yalıtım malzemelerinin üretimi ve bertaraf edilmesinden kaynaklanmaktadır. Bu malzemeler petrokimya bazlıdır, üretilmesi enerji yoğundur ve zayıf biyolojik bozunabilirlik ve yüksek gömülü karbon 3,4 nedeniyle uzun vadeli çevresel riskler sunar.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için mevcut çalışma, ısı yalıtımı uygulamaları için miselyum bazlı kompozitler (MBC'ler) üretmek için optimize edilmiş bir metodoloji sunmaktadır. Bu yöntemin birincil amacı, kolza tohumu samanı (RS) üzerinde yetiştirilen Ganoderma resinaceum (GR) kullanılarak endüstriyel bağlamlara ölçeklendirilebilecek, tekrarlanabilir, laboratuvar ölçeğinde bir yaklaşım oluşturmaktır. Bu teknik, rekabetçi termal ve nem düzenleyici özelliklere sahip tamamen biyobazlı, karbon negatif bir yalıtım malzemesi oluşturmak için tasarlanmıştır.

MBC'ler, geleneksel yalıtıma göre zorlayıcı avantajlar sunar. Tarımsal atıklardan üretilirler, minimum enerji girdisi gerektirirler, ömürleri boyunca bir karbon yutağı görevi görürler ve kullanım ömürlerinin sonunda doğal olarak ayrışırlar, bu da onları döngüsel bina sistemleri için güçlü bir aday haline getirir 5,6. Selüloz veya kenevir gibi diğer biyobazlı alternatiflerle karşılaştırıldığında, MBC'ler, düşük ısı iletkenliğini, büyüme kontrolü ve işlemesonrası teknikler 7,8 ile elde edilebilen yapısal uyum ve hidrofobik ayarlama ile benzersiz bir şekilde birleştirir.

Daha geniş literatür, MBC'lerin alaka düzeyini giderek daha fazla desteklemektedir. İncelemeler ve ampirik çalışmalar, bunların termal ve akustik yalıtıma uygunluklarını, farklı substrat-mantar eşleşmelerine uyarlanabilirliklerini ve mimari ölçeklerde modüler veya yerinde üretim potansiyellerini vurgulamaktadır 6,9,10. Örneğin, kontrollü koşullar altında test edilen GR-RS MBC'ler, yaklaşık 0,045 W/m·K'lik bir termal iletkenlik, 1800 J/kg· K ve 0,5 MPa'ya kadar basınç dayanımı, duvarlarda ve çatılarda yük taşımayan yalıtım panelleri için uygun performans seviyelerini gösterir 6,7,8. Ayrıca, MBC'leri mimari araştırmalarda duyarlı tasarım malzemeleri olarak çerçeveleyen biyomimetik yaklaşımlar ortaya çıkmıştır11. Bununla birlikte, ölçekler arasında mekanik tutarlılık ve dayanıklılığın sağlanması aktif bir araştırma alanı olmaya devam etmektedir12.

MNEXT, inşaatta ısı yalıtımı için Miselyum malzemeleri (Mytherials) olan Mythic projesini başlattı. Bu girişim, GR ve RS'nin MBC gelişimi için umut verici bir kombinasyon oluşturduğuna dair önceki bulguları genişleterek, büyüme koşullarının rafine edilmesine, yalıtım uygulamasıyla ilgili ISO standartlarına göre malzeme testine ve gelecekteki yükseltme için ekonomik ve kullanıcı kabul parametrelerinin değerlendirilmesine odaklanıyor.

Bu teknik, özellikle döngüsel bir yaşam döngüsüne sahip düşük etkili yapı malzemelerini araştıran araştırmacılar, mimarlar ve üreticiler için geçerlidir. Yöntem, düşük yoğunluk, termal düzenleme ve nem davranışının çok önemli olduğu duvarlarda, çatılarda ve zeminlerde yalıtım uygulamalarına odaklanır. Temel bağlamsal faktörler arasında substratların ve mantar türlerinin yerel mevcudiyeti, aşılama ve büyüme sürecinin ölçeklenebilirliği ve bina performans standartlarına uygunluk yer alır. Metodoloji, termal iletkenliğin, özgül ısı kapasitesinin, nem tepkisinin ve su iticiliğin değerlendirilmesini içerir ve kullanıcıların çevresel koşullara ve yasal gerekliliklere dayalı olarak uygulanabilirliğini değerlendirmesini sağlar.

Bu el yazması, bu çalışmanın sonuçlarını sunmaktadır: optimize edilmiş büyüme parametreleri ve malzeme test protokolleri dahil olmak üzere GR-RS MBC'leri üretmek için laboratuvar ölçeğinde ancak ölçeklenebilir bir yöntem. Odak noktası GR-RS olsa da, protokol diğer mantar türlerine ve substratlarına uyarlanabilir, bu da onu çeşitli coğrafyalar ve hammadde mevcudiyeti ile ilgili hale getirir. Yöntem laboratuvar veya pilot ölçekte etkili olsa da, tutarlılık ve maliyet verimliliği sağlamak için büyük ölçekli uygulama için daha fazla uyarlama gerekebilir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

Bu makalede kullanılan malzemeler, ekipman, makineler ve ilgili yazılımlar Malzeme Tablosu'nda listelenmiştir. Protokol, MBC üretimi ve malzeme testi olmak üzere iki ana bölüme ayrılmıştır.

1. MBC üretimi

  1. Yumurtlama hazırlığı
    1. 20 g Malt Özü Suyu tozunu 1 L demineralize suda (veya 100 mL et suyu başına 2 g) 1 L Erlenmeyer şişesinde çözün. 150 °C'de ısıtılmış bir karıştırma cihazı kullanarak Erlenmeyer şişesindeki içeriği karıştırın.
    2. Şişeyi, alüminyum folyo tıpa içinde pamuk bilyeli gazlı bez gibi geçirgen bir kapakla örtün ve karışımı 121 °C'de 25 dakika otoklavlayın. Malt ekstraktı suyu (MEB) kullanıma hazırdır.
      NOT: Otoklavla yapılan her adım için, otoklav ve egzoz içindeki su seviyesini kontrol edin ve su seviyesinin minimum ve maksimum seviyeler arasında olduğundan emin olun. Otoklava eklenen herhangi bir su (veya otoklava giren herhangi bir su), mineraller makinenin çalışmasında sorunlara neden olabileceğinden, optimum çalışmayı sağlamak için demineralize edilmelidir. Tüm otoklavlanabilir öğeler, sterilizasyondan sonra siyah çizgiler geliştiren ve otoklavlama işleminin başarılı olduğunu onaylayan otoklav gösterge bandı ile işaretlenir. Bir sonraki adıma başlamadan önce her zaman içindekilerin oda sıcaklığına (RT) soğumasını bekleyin.
    3. Demineralize suyun gramı selüloz başına 1:1.32 oranında otoklavlanabilir bir torbaya selüloz ekleyin.
    4. Selüloz içinde suyun eşit dağılımını sağlamak için torbalara 2 dakika boyunca manuel olarak masaj yapın.
    5. Torbaları etiketleyin (aşı ortamı - mantar türü - tarih - ağırlık - baş harfleri araştırmacısı) ve torbanın üzerine otoklav bandı yapıştırın.
    6. Torbaları 121 °C'de 25 dakika boyunca su ile karıştırılmış selüloz içerecek şekilde otoklavlayın.
    7. Otoklav döngüsü bittiğinde, selüloz torba(lar)ı soğuyana kadar laminer hava akımı başlığına (LAF) yerleştirin.
      NOT: LAF'ta çalışırken, sıkı steriliteyi korumak çok önemlidir. Bu ortamda gerçekleştirilen prosedürler son derece hassastır ve yanlış kullanım kontaminasyon oranlarını önemli ölçüde artırabilir. LAF kabininin ve içine yerleştirilecek tüm parçaların hem işlem öncesi hem de sonrasında önce medikarin solüsyonu (10 L su başına 1 tablet) ile silinmesi, ardından p etanol ile silinmesi ile temizlenmesi önerilir.
    8. GR'nin tamamen kolonize edilmiş 100 mm çapında bir Petri kabını dört eşit bölüme kesmek için steril bir aşılama halkası veya steril bir spatula kullanın.
      NOT: GR plakası anne yumurtlaması olarak satın alınır. Anne yumurtlama, bir biyolojik laboratuvar teknisyeni tarafından laboratuvarda çoğaltılabilir; Ancak, bu el yazmasında süreç kapsam dışındadır.
    9. Laboratuvar blender kabını LAF'a yerleştirmeden önce 121 °C'de 25 dakika otoklavlayarak sterilize edin, dışını medikarin solüsyonu ve p etanol ile silin.
    10. İki bölümü steril laboratuvar blender kabına aktarın ve 50 mL MEB ekleyin (1.1.2'de hazırlanmıştır).
    11. Kabı döndürücünün üzerine yerleştirin ve 30 saniye boyunca düşük hızda çalıştırın, karışımı görsel olarak inceleyerek tüm Petri kabının yeterince kesildiğinden emin olun.
    12. Aşılanmış et suyu karışımını otoklavlanmış selüloz + su karışımı ile torbaya dökün ve içindekileri 2 dakika boyunca manuel olarak masaj yapın.











    8. figure-protocol-1



    9. figure-protocol-2
      figure-protocol-3
      figure-protocol-4


    10. figure-protocol-5
      figure-protocol-6

    11. figure-protocol-7
      figure-protocol-8

    12. figure-protocol-9



    7. figure-protocol-10


    8. figure-protocol-11




    5. figure-protocol-12

    6. figure-protocol-13

figure-protocol-14

figure-protocol-15

figure-protocol-16

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

MBC üretimi
MBC'nin yüzeyi çoğunlukla beyaz olmalıdır. Numune, Şekil 4 ve Şekil 5'teki numunelerin yapısına, rengine ve homojenliğine benzemelidir.

figure-results-1
Şekil 4: Yeterli MBC örneği - Örnek 1

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

MBC'lerin geliştirilmesinde önemli bir adım, eğitimli bir laboratuvar teknisyeni tarafından sıkı steril koşullar altında gerçekleştirilmesi gereken yumurtlamanın hazırlanmasıdır. Bu proses kontaminasyona karşı hassastır ve aseptik tekniklerde yüksek düzeyde beceri gerektirir. Yumurtlamanın kalitesi, nihai materyalin kolonizasyon verimliliğini ve homojenliğini doğrudan etkilediğinden, biyolojik güvenlik ve laboratuvar kullanımı konusunda uygun eğitim çok önemlidir. Deney partileri arasınd...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Yazarlar herhangi bir çıkar çatışması beyan etmezler ve ilgili açıklamaları yoktur.

Teşekkürler

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

Mythic, SIA Regio-orgaan tarafından desteklenen ve bir konsorsiyum olarak yürütülen, kamu tarafından finanse edilen bir araştırma projesiydi. Tüm proje çıktıları FAIR ilkeleri (Bulunabilir, Erişilebilir, Birlikte Çalışabilir ve Yeniden Kullanılabilir) ile tamamen uyumludur. Proje boyunca paha biçilmez katkıları, uzmanlıkları ve işbirlikleri için aşağıdaki ortaklara içten teşekkürlerimizi sunarız. Alfabetik sırayla:
Agrodome B.V., Fred van den Burgh;
Avans Uygulamalı Bilimler Üniversitesi - Caradt, Simone van de Broek
FRAAi Architechten, Lydia Fraaije
HZ Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, Lennart Zoeter
Impershield Avrupa B.V., Willem Kemmers
Mogu S.R.L., Annalisa Moro
Nýlausn, Hörður Sveinsson
Recell B.V., Yme Sineklik
Troldtekt Bv, Janine van Cann
Utrecht Üniversitesi, Dr. J.F. (Jordi) Pelkmans ve Prof. Dr. H.A.B. (Han) Wösten
Verbruggen-paddestoelen B.V., John Verbruggen

Bağlılıkları ve işbirlikleri, bu araştırmanın geliştirilmesinde ve başarısında etkili olmuştur.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
1 L Erlenmeyer şişesiGlazen-en-potten.nlGT00148
1 L ölçü silindiriSigma-Aldrich213905408
50 mL ölçüm silindiriSigma-AldrichZ740856Aldrich Essentials mezuniyetli silindir, sınıf A, DIN ISO 4788 standartına uygundur
%70 etanolBoomlab8,00,12,02,72,500
Otomatik klavlanabilir çantaSacO2PPD75/REH6/V37*53
OtoklavVWRTUTT210001
Otoklav bantSigma-AldrichBR61750
Çanta mühürleyiciProfipack101481HC-300 modeli
Kalibrasyon standardı Netzsch EPS 200 mmNetzschHFM446S0A95.001-00
SelülozRecellhttps://recell.eu/markets/#recell-compose Bir proje ortağı tarafından teslim edildi
Ganoderma resinaceumWesterdijk InstituutCBS 194.76
Isı akışı ölçer (HFM)Netzschhttps://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1 HFM 446 Lambda Küçük Eco-line
Isıtılan karıştırma cihazıLabinco32000
Horizon yazılımıHorizon Yazılımıhttps://www.tiniusolsen.com/product/horizon-software/ UTM  işletmek için yazılım;
Hidrofobik kaplamaImpershield Europehttps://impershield.eu/product/bioseal-mycelium/ Impershield BioSeal Miselyumu
ImageJImageJhttps://imagej.net/ij/ Görüntüleri işlemek için yazılım
Aşılama döngüleriVWRDIFC220217
Mutfak çubuğu blenderiBoschMSM6M810
Laboratuvar blenderiLabowebshopAXMX1000XTEES2L Waring laboratuvar blenderi
Laminar hava akışı başlığı (LAF)MSE MalzemeleriLS1309MSE PRO 43" Genişlik Yatay Laminar Akış Dolabı
DüzeyManutanA830619waterpas - I-beam temel - Stanley
Malt ekstraktı suyu tozuBoomLab7,00,00,05,90,500
MedicarineEcolab3021760
MikropipetSigma-AldrichFA10006MPIPETMAN P1000L Mikropipet Metal fırlatma
Delikli folgaScabro414075
Proteus SmartMode 8.5Netzschhttps://analyzing-testing.netzsch.com/en/products/thermal-conductivity/hfm-446-lambda-eco-line-1 HFM işletim yazılımı
ÖlçeklemekVEVORhttps://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
Substrate Greenport Batı-Hollanda-Kolza pipeni proje ortağı tarafından teslim ediliyor. 
Evrensel test makinesi (UTM)Tinius Olsenhttps://www.tiniusolsen.com/product/model-50st/Model 50ST
Vernier kaliperSigma-AldrichZ136115

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Global Status Report for Buildings and Construction: Beyond foundations - Mainstreaming sustainable solutions to cut emissions from the buildings sector. , United Nations Environment Programme. (2024).
  2. Waste Statistics. , Eurostat. At https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Waste_statistics#Data_sources (2025).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Appels, F. V., et al. Fabrication factors influencing mechanical, moisture-and water-related properties of mycelium-based composites. Mater Des. 161, 64-71 (2019).
  8. Girometta, C., et al. Physico-mechanical and thermodynamic properties of mycelium-based biocomposites: A review. Sustainability. 11 (1), 281(2019).
  9. 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).
  10. Jones, M., et al. Thermal degradation and fire properties of fungal mycelium and mycelium-biomass composite materials. Sci Rep. 8 (1), 17583(2018).
  11. Elsacker, E., et al. A comprehensive framework for the production of mycelium-based lignocellulosic composites. Sci Tot Environ. 725, 138431(2020).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Cellular Plastics - Determination of Compression Properties. ISO 844:2021. , ISO. at https://www.iso.org/standard/73560.html (2021).
  16. 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).
  17. 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).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Mycelium Bio CompositesRapeseed StrawGanoderma ResinaceumThermal PropertiesMoisture BehaviorInsulation MaterialsSubstrate InoculationCompressive StrengthHeat Flow MeterWater Repellency

İlgili makaleler