Von links nach rechts: Gustav Nyström, Leiter des Empa-Labors „Cellulose and Wood Materials“, und Empa-Forscher Ashutosh Sinha mit einer Probe des lebenden Mycel-Materials. © Empa

Ein Forschungsteam aus dem Empa-Labor „Cellulose and Wood Materials“ hat nun einen Weg gefunden, diesen Kompromiss zu umgehen. Ihr neuartiger Werkstoff ist nicht nur rein biologisch abbaubar, sondern auch mechanisch belastbar und funktional einsetzbar. Und das mit minimalem Verarbeitungsschritt – ganz ohne Chemie. „Man kann es sogar essen“, betonen die Forschenden. Das Besondere: Der Werkstoff lebt.

Natürlich gewachsen: Mycel und extrazelluläre Matrix

Die Grundlage des neuen Materials bildet das Mycel des Gemeinen Spaltblättlings, ein weltweit verbreiteter Speisepilz, der auf totem Holz wächst. Mycelien – die wurzelähnlichen fadenförmigen Pilzstrukturen – sind bereits länger als Materialquelle im Fokus der Forschung. Üblicherweise werden sie jedoch gereinigt und chemisch modifiziert, was die Nachhaltigkeit schmälert.

Dank den Hilfsmolekülen in ihrer extrazellulären Matrix sind die Mycelfasern gute natürliche Emulgatoren – sie sind sogar essbar. © Empa

Letztere zeigt das Potenzial des lebenden Materials besonders eindrucksvoll. Emulsionen – also Mischungen aus nicht mischbaren Flüssigkeiten – sind in Lebensmitteln, Kosmetika und Farben allgegenwärtig. Die Herausforderung besteht in ihrer Stabilisierung.

Hier setzt das Pilzmaterial neue Maßstäbe: Sowohl die Schizophyllan-Fasern als auch die Hydrophobine wirken als Emulgatoren – und der lebende Pilz produziert kontinuierlich neue davon. „Das ist wohl die einzige Art von Emulsion, die mit der Zeit stabiler wird“, sagt Sinha. Da alle Bestandteile ungiftig, biologisch verträglich und essbar sind, sehen die Forschenden vor allem in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie ein hohes Anwendungspotenzial. „Die Anwendung als Emulgator in der Kosmetik- und Lebensmittelindustrie ist daher besonders interessant“, ergänzt Nyström.

Biologisch abbaubar und -abbauend

Neben flüssigen Anwendungen eignet sich das lebendige Mycel auch als Feststoff. In einem weiteren Experiment stellten die Forschenden dünne, reissfeste Folien her. Die extrazelluläre Matrix mit ihren langen Schizophyllan-Fasern kann durch Ausrichtung der Faserstruktur zusätzlich verstärkt werden.

Lebender Faserverbundwerkstoff aus Pilzmycel als Basis für biologisch abbaubare Materialien. Nicht nur als Folie und Emulsion, auch als Feststoff kann der nachhaltige Verbundstoff genutzt werden. © Empa

„Wir verbinden die bewährten Methoden zur Verarbeitung von faserbasierten Materialien mit dem aufstrebenden Gebiet der lebenden Materialien“, erläutert Nyström. Sinha konkretisiert: „Unser Mycel ist sozusagen ein lebender Faserverbundwerkstoff.“

Die Materialeigenschaften lassen sich steuern, indem Wachstumsbedingungen oder Pilzarten variiert werden. Doch lebendige Werkstoffe reagieren naturgemäß empfindlich auf ihre Umgebung. „Wir wollen Anwendungsmöglichkeiten finden, bei denen diese Interaktion nicht hinderlich ist – oder sogar von Vorteil“, sagt Nyström.

Dabei eröffnet die biologische Abbaubarkeit eine besondere Perspektive: Der Pilz kann selbst aktiv pflanzliche Materialien zersetzen. „Anstelle der kompostierbaren Plastikbeutel für Küchenabfälle könnte man daraus Beutel herstellen, die die organischen Abfälle selbst kompostieren“, schlägt Sinha vor.

Perspektiven in der nachhaltigen Elektronik

Auch im Bereich der Bioelektronik sehen die Forschenden Einsatzmöglichkeiten. Das Pilzmaterial reagiert reversibel auf Feuchtigkeit – ein Vorteil für bioabbaubare Feuchtigkeitssensoren. Zudem wird derzeit an einer biologisch abbaubaren Batterie gearbeitet, deren Elektroden aus lebendigem „Pilzpapier“ bestehen. Diese Forschung verbindet das aktuelle Projekt mit zwei weiteren Entwicklungen aus dem Empa-Labor: der Pilzbatterie und der Papierbatterie.

Reaktion des Materials auf Feuchtigkeit © Empa

„Wir wollen eine kompakte, biologisch abbaubare Batterie herstellen, deren Elektroden aus einem lebenden Pilzpapier bestehen“, sagt Sinha.

Originalpublikation:
Sinha, A., Greca, L. G., Kummer, N., Wobill, C., Reyes, C., Fischer, P., Campioni, S., & Nyström, G. (2025). Living fiber dispersions from mycelium as a new sustainable platform for advanced materials. Advanced Materials. DOI: 10.1002/adma.202418464

Quelle: Empa