尼斯特羅姆展示密封的真菌電池。

培養(yǎng)基中的裂褶菌。 　　以上圖片均為瑞士聯(lián)邦材料科學與技術研究所提供

　　在地球上，真菌幾乎無處不在。一方面，泡菜、啤酒、奶酪、巧克力等食物的生產都離不開真菌，青霉素、頭孢菌素、環(huán)孢素等藥品的生產也依賴于真菌。另一方面，造成食物腐爛的“罪魁禍首”也是真菌。有些真菌還是致病病原體，具有高致癌性的黃曲霉毒素就是真菌毒素的一種。

　　在科研人員看來，擁有如此多面孔的真菌則是探索不盡的寶藏。最近，瑞士聯(lián)邦材料科學與技術研究所發(fā)布了與真菌有關的新成果：真菌生物電池和真菌基“塑料薄膜”，展現(xiàn)了真菌在可持續(xù)能源和環(huán)保材料領域的開發(fā)潛力。

　　“我們首次將兩種真菌結合起來，成功制造出微生物燃料電池。真菌電池可以在干燥狀態(tài)儲存，在需要時通過添加水和營養(yǎng)物質即可激活它們。”該研究所纖維素和木材材料實驗室研究員卡洛琳娜·雷耶斯介紹說，兩種真菌的代謝過程可以相互補充：陽極為一種酵母真菌，可在代謝糖類過程中釋放電子；陰極則是白腐真菌，可產生一種特殊的酶即漆酶，捕獲電子并將其導出電池。相比于傳統(tǒng)電池，真菌生物電池完全無毒，非常環(huán)保。電池使用完后，真菌還可將纖維素基電極作為營養(yǎng)物質，有助于電池分解。

　　更有趣的是，科研人員并不是將可以“發(fā)電”的真菌“種植”到電池里，而是把真菌細胞“匯入”到用于電池組件3D打印的“墨水”中，然后再打印成電極結構。這一方法說起來容易做起來難。“3D打印提供了許多便利，但是如何找到一種能讓真菌持續(xù)保持活性的柔性生物基材料頗具挑戰(zhàn)。”纖維素和木材材料實驗室負責人古斯塔夫·尼斯特羅姆解釋道，這種“墨水”必須易于擠出且能保持真菌活性，同時需具備導電性和生物降解性。經過反復試驗比較，研究人員最終成功制備出合適的“墨水”。“真菌生物電池所用的墨水以納米纖維素水凝膠為基質，隨后與碳顆粒（炭黑和石墨）結合以提供電子導電性，并包含真菌細胞及細胞所需的營養(yǎng)物質。墨水的制備及打印過程中電極的導出，必須在保持細胞存活的條件下進行。避免過高的剪切力，是該研究開發(fā)過程中的關鍵環(huán)節(jié)。”尼斯特羅姆對記者說。

　　目前，該電池在實驗室環(huán)境下可穩(wěn)定輸出0.3伏電壓，持續(xù)供電達120小時，已成功驅動物聯(lián)網傳感器工作。研究人員正努力讓真菌電池更強大、更耐用，并繼續(xù)尋找其他適合供電的真菌種類。隨著真菌電池技術的進一步發(fā)展，未來有望應用于農業(yè)環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療植入設備等場景，助力人類社會減少電子垃圾。

　　同樣基于真菌生物特性制成的“塑料薄膜”，由裂褶菌的菌絲構成。裂褶菌因其獨特的菌褶在干燥時會裂開而得名。這種真菌可以休眠數(shù)十年，并在遇到水分時復活。菌絲在生長過程中會形成致密的三維網狀結構，這給科研人員制造塑料帶來了啟發(fā)。但由于菌絲的強度、柔韌性等性能遜于石油基塑料，以往都需要通過化學加工來提高性能，這就使其環(huán)保性打了折扣。

　　此次瑞士聯(lián)邦材料科學與技術研究所研究的貢獻在于，利用真菌自身生成的物質來加強材料性能。“真菌可以利用細胞外基質為自身提供結構和其他功能，我們?yōu)槭裁床贿@樣做呢？”研究員阿什圖什·辛哈介紹說，通過工業(yè)上比較成熟的液體培養(yǎng)和機械解纖技術，實驗室成功制備出均勻分散的活體菌絲纖維，保留其代謝活性，用于后續(xù)材料構建。之后，這些活體菌絲纖維可以在不添加營養(yǎng)的情況下，依賴儲存的能量繼續(xù)生長以擴展網絡結構。這些活體纖維還是天然的乳化劑，可以自修復。在其作用下，材料相分離速度是傳統(tǒng)材料的27%，活體薄膜的抗拉強度增加了2.5倍，遠超目前最強的純菌絲體材料。

　　在雷耶斯和尼斯特羅姆看來，真菌在材料科學領域仍處于研究不足和利用不足的狀態(tài)。相關統(tǒng)計顯示，瑞士消耗的塑料中約75%是一次性包裝。如果真菌薄膜未來投入產業(yè)應用，將極大緩解塑料對環(huán)境的危害。

　　中國科學院微生物研究所研究員張延平表示，上述相關研究展示出真菌學的研究邊界在不斷延展，真菌的應用領域在不斷豐富。真菌的研究不止于傳統(tǒng)的食品、醫(yī)藥和健康等領域，真菌菌絲體材料在材料學領域特別是環(huán)保材料方面也有很大發(fā)展空間。近年來，科研人員基于真菌代謝產物多糖、菌絲體等天然可降解、生物相容性好的特性，正在開發(fā)各種可降解的功能性材料，如納米纖維膜、菌絲體皮革以及可3D打印的生物基建筑材料等；也有研究利用真菌代謝產生的某些酶或多糖等，用于微塑料降解、重金屬吸附等污染治理領域。總之，發(fā)掘真菌資源、利用真菌代謝的多樣性開展研發(fā)工作，大有可為。

　　《 人民日報 》（ 2025年07月15日 17 版）

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