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Lebendes Pilztextil repariert sich selbst
Stoff mit Eigenleben: Forscher haben aus dem Myzel von Cordyceps militaris ein flexibles Textil hergestellt, dessen Pilzzellen nach der Formgebung aktiv bleiben. Nährstoffe lassen neue Oberflächen wachsen, während frisches Pilzmaterial größere Schäden überbrücken kann und andere Mikroben Farbe oder UV-Schutz liefern. Im Bodentest war die Struktur nach 41 Tagen nahezu vollständig zerfallen.
Shenzhen (China). Pilzmyzel gilt als vielversprechender biobasierter Rohstoff für Leder, Garn und papierartige Materialien. Doch die üblichen Verarbeitungsschritte, trocknen, erhitzen oder vernetzen das Pilzgeflecht so stark, dass seine Zellen ihre Aktivität verlieren und damit gerade jene biologischen Eigenschaften verschwinden, die Wachstum, Anpassung und Reparatur ermöglichen könnten.
Forscher der Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences (SIAT) um Bolin An haben nun einen anderen Weg erprobt. Sie züchteten Cordyceps militaris in Flüssigkultur, wo der Pilz kompakte Kugeln aus miteinander verflochtenen Hyphen bildet. Diese Myzelpellets ließen sich sammeln, in Formen pressen und mild trocknen, wobei sich die Pilzfäden zu freistehenden Flächen ohne zusätzliche Trägerstruktur oder Klebstoff verbanden.
Glycerin machte die zunächst spröden Bögen so biegsam, dass sie gefaltet, geschnitten und vernäht werden konnten. Vier schmale Streifen ließen sich sogar zu einer Schnur verdrehen, die im Versuch ein Gewicht von einem Kilogramm trug. Entscheidend ist jedoch, dass ein Teil der Pilzzellen die schonende Verarbeitung übersteht und später wieder aktiviert werden kann.
Gaben die Forscher lokal Nährlösung auf das Material und hielten es feucht, wuchsen an den behandelten Stellen neue Lufthyphen und bildeten vorgegebene Muster. Die feinen Strukturen erzeugten außerdem eine stark wasserabweisende Oberfläche mit einem Kontaktwinkel von rund 145 Grad. Schmutziges Wasser rollte in den Versuchen weitgehend ab. Abrieb schwächte diesen Effekt allerdings, was die Grenzen der noch jungen Materialplattform zeigt.
Größere Defekte ließen sich biologisch überbrücken, indem das Team frische Myzelpellets in die beschädigte Stelle füllte und das Wachstum mit Nährstoffen und Feuchtigkeit anregte. Neue Hyphen verbanden das eingefügte Material mit der vorhandenen Struktur. Von einer spontanen Selbstheilung ohne Eingriff kann daher keine Rede sein, denn die Reparatur braucht neues Pilzmaterial und geeignete Wachstumsbedingungen.
Für zusätzliche Funktionen koppelte das Team das Pilzgerüst mit anderen Mikroorganismen. Gentechnisch veränderte Hefezellen erzeugten Hellblau, Rot, Orange und Dunkelviolett und hafteten über eine Chitin-bindende Struktur an den Hyphen. Eine Schicht aus melaninreichen Lufthyphen des Schimmelpilzes Aspergillus niger erhöhte zudem die Absorption von UV-Strahlung und zeigte antioxidative Wirkung. Die Grundstruktur muss damit nicht für jede neue Funktion selbst genetisch verändert werden.
Wie sich die verschiedenen Eigenschaften kombinieren lassen, demonstrierten die Forscher mit einem Kleidprototyp. Für den Körperteil vernähten sie blau gefärbte Myzelflächen, am Kragen erzeugten Nährstoffmuster eine gezielte Oberflächenstruktur, und am Saum kamen Flächen mit wasserabweisenden Lufthyphen zum Einsatz. Das Kleid ist damit vor allem ein Machbarkeitsnachweis für die modulare Verarbeitung, noch kein belastbares Alltagsprodukt.
Beim Lebensende zeigte das Material eine weitere Besonderheit: In einem Bodentest war die Pilzstruktur nach 41 Tagen nahezu vollständig zersetzt. Die Ökobilanz der Studie macht zugleich deutlich, dass biologischer Ursprung nicht automatisch geringe Umweltwirkungen bedeutet, denn Vorbehandlung, Filtration, Nährmedien und Glycerin tragen je nach Wirkungskategorie erheblich zur Umweltbelastung und zu den Produktionskosten bei.
Waschbarkeit, Abriebfestigkeit, Atmungsaktivität und Tragekomfort wurden bislang nicht systematisch untersucht, zudem können Feuchtigkeit, Temperatur und unterschiedliche Akti