引言
荷兰代尔夫特理工大学（TU Delft）的研究人员在生物制造领域取得了一项令人兴奋的突破——他们开发出一种能够3D打印活体菌丝体（Mycelium）材料的工艺，真菌的活性菌丝网络在打印后继续生长并与环境互动，甚至能够在生长过程中自主组装功能性纳米颗粒。这项研究将3D打印的精确制造能力与生物材料的自组织特性有机结合，为自修复建筑材料、智能传感包装和活体功能材料的开发提供了全新的技术路径。菌丝体——真菌的营养体部分——由无数微米级的丝状细胞（菌丝）交织而成，天然具有轻质、可降解、防火和隔音等优异性能。
活体菌丝体3D打印的技术路径
TU Delft团队的创新在于将菌丝体的生物学特性与3D打印工艺精确结合。传统的菌丝体材料制造通常采用模具浇铸或压制成型的方法，将菌丝体与木质纤维等基质混合后填充到固定形状的模具中，让菌丝在模具内生长数天至数周以形成致密的块状材料。这种方法虽然可行，但形状自由度受限，且制造周期较长。TU Delft团队转而采用挤出式3D打印工艺——将含有活体菌丝体菌种、营养基质和流变改性剂的复合浆料作为打印墨水，通过气动挤出系统在室温下逐层打印出预定结构。打印完成后，结构被放置在高湿度和适宜温度的培养环境中，菌丝继续生长，在数天内将原本松散的打印层之间牢固结合，最终形成具有良好力学性能的一体化生物复合材料。团队在墨水配方上进行了大量优化，菌丝体浓度、营养配比和流变助剂的添加量都经过了系统筛选，以确保墨水具有适合挤出的剪切稀化特性，同时保证菌丝体在打印过程中保持活性。
## 功能化自组装纳米颗粒的集成这项研究最具前瞻性的部分在于利用活体菌丝体的生长过程实现功能性纳米颗粒的自组装。研究团队在打印墨水中加入了表面修饰过的功能性纳米颗粒——例如能够催化特定化学反应的金纳米颗粒、具有抗菌活性的氧化锌纳米颗粒或能够发光的量子点。在菌丝体生长延伸的过程中，菌丝尖端分泌的胞外多糖和蛋白质类物质会捕获周围的纳米颗粒，并沿着菌丝壁表面形成连续的纳米颗粒涂层。更令人惊奇的是，团队发现某些类型的纳米颗粒会被菌丝主动吸收并在细胞内分布，形成"菌丝-纳米颗粒"复合结构。这一自组装过程完全由菌丝体的天然生长行为驱动，无需外部能量输入或人工操作。通过设计纳米颗粒的类型和分布，研究人员可以赋予3D打印菌丝体材料"额外的功能维度"——例如嵌入能检测甲醛的催化传感器的空气净化墙板、或能够根据湿度变化改变颜色的智能包装材料。
菌丝体材料的性能优势与应用场景
基于3D打印活体菌丝体的材料在多个维度展现出令人期待的性能潜力。在建筑领域，菌丝体材料天然具备优异的防火性能——菌丝体中的几丁质和黑色素成分使其在接触火焰时形成致密的炭化层，阻止氧气进入内部，从而具有良好的自熄性；同时菌丝体材料的导热系数低，是理想的天然隔热材料。配合3D打印的精确控形能力，建筑师可以制造出具有复杂曲面和内部空腔结构的轻质隔墙板和装饰面板。在包装领域，菌丝体复合材料凭借其可降解性和可调节的疏水性，有望替代发泡聚苯乙烯（EPS）等一次性塑料包装，特别适合用于高端电子产品、精密仪器和生鲜食品的运输包装。在环境修复领域，经特殊功能化的菌丝体材料可以被设计为过滤元件，利用菌丝体表面丰富的官能团吸附水中的重金属离子和有机污染物。自修复能力也是菌丝体材料的一大亮点——若材料表面出现微裂纹，休眠的菌丝在适宜条件下可再生，将裂纹重新填充并修复。
产业化前景与面临的挑战
TU Delft团队的研究为活体菌丝体材料的工业化应用奠定了基础，但从实验室走向产业化仍然面临多重挑战。首要问题是活体材料的保存和运输——如何确保3D打印的菌丝体材料在制造完成后到实际使用前保持活性，并能在现场被激活继续生长。研究团队正在开发冻干封装和休眠激活技术：将3D打印成型后的菌丝体材料进行可控脱水处理使其进入休眠状态，在安装使用前通过喷水或喷雾的方式重新激活菌丝生长。第二个挑战是规模化生产——目前挤出式3D打印的速度相对较慢，难以满足建筑和包装行业的大批量需求。团队正在探索将打印速度提升数倍的路径——通过优化喷嘴设计和挤出压力、缩短单层固化时间，以及开发近干式打印（半干态挤出）等替代方案。第三个挑战是性能标准化——菌丝体材料的力学性能随菌种、基质配方和培养条件的变化而波动，需要建立标准化生产工艺和质量控制体系。尽管如此，数个欧洲初创公司已经开始探索3D打印菌丝体材料的商业化路线，预计在3~5年内将出现首批工业化产品。
总结
TU Delft的3D打印活体菌丝体材料研究，将生物生长机制与数字化增材制造完美融合，开创了"活的材料"制造的全新范式。真菌菌丝体既是结构骨架也是功能载体，这种生物-数字融合制造理念有望重新定义建筑材料、包装材料和生物传感材料的未来。
文章来源：3D Printing Industry