Mycofluid: Hur 3D-utskriven svamp kan ersätta plastavfall

En grupp kreativa ingenjörer från University of Washington introducerade nyligen ett plastalternativ som använder en blandning av använda kaffebönor och 3D-utskrivna mycelium‑biokompositer för att skapa intrikata, vattenresistenta förpackningar. Forskningen kan hjälpa till att minska avfall och erbjuda en hållbar lösning på dagens plastproblem. Här är allt du behöver veta.

Plastavfall

Plastavfall är ett stort problem som fortfarande är ett huvudfokus för både miljöaktivister och forskare. Det finns för närvarande miljontals ton plastavfall i världen och i haven. Det värsta är att studier förutspår en årlig ökning av plastavfall under den överskådliga framtiden.

När dessa skadliga produkter bryts ner bildas makroplast som tar sig in i näringskedjan och så småningom till dig. Mikroplaster är inte skadliga i små mängder. Men när deras volym ökar, ökar även deras biverkningar.

Bioprintningslösningar

Termen ‘bioprintning’ avser additiv tillverkning med levande organismer. Denna 3D‑utskriftssektor fortsätter att expandera över flera industrier. I framtiden kan bioprintare användas för att hjälpa rymdresenärer att läka sina organ och andra viktiga kroppsdelar. För närvarande kan de vara nyckeln till att minska avfall.

Detaljer om studien

Genom att erkänna behovet av hållbara plastalternativ publicerade ett ingenjörsteam studien “3D-Printed Mycelium Biocomposites: Method for 3D Printing and Growing Fungi-Based Composites in 3D Printing and Additive Manufacturing.”¹ Studien undersöker användning av livsmedelsavfall, specifikt kaffebönor, för att skapa en idealisk miljö för svampväxt.

Kaffebönor valdes av flera viktiga skäl. För det första slängs miljarder pund kaffebönor varje år, eftersom majoriteten av kaffet inte absorberas under bryggprocessen. Noterbart är att även om kaffebönsavfall innehåller många näringsämnen som svampar som svampar kan utnyttja för tillväxt, är de inte naturligt sterila trots att risken för kontamination är låg. För att säkerställa sterilitet behandlade forskarna substratet med alkoholservetter och upprätthöll rena hanteringsprotokoll för att förhindra oönskad mikrobiell tillväxt.

Hudbildning

Det första steget som svampar tar när de växer på ett nytt ämne är att bilda ett myceliumhud. Denna hud fungerar som ett rotsystem och binder svamparna till ytan och till varandra.

Mycelium är helt biologiskt nedbrytbart och skadar inte miljön. Imponerande nog växer det snabbt och ger betydande vattenresistens utan att visa tecken på deformation. När rätt mycelium valdes, lyckades ingenjörerna ta reda på hur man formar mycelium till former.

Myceliumhud är ett levande material som forskare har bevisat kan känna både ljus- och beröringsstimuli. Det har använts för att skapa elektriska komponenter och modulära arkitektoniska designer och har tidigare studerats i självväxande robotar. Nu kan det hjälpa till att minska plastavfall.

Mycofluid

Beslutet togs att skapa en pasta kallad mycofluid. Mycofluid‑formuleringen består av:

• 54,9 % använda kaffebönor – fungerar som den primära återvunna biomassan
• 13,7 % brunt rismjöl – tillhandahåller kolhydrater för svamptillväxt
• 5,5 % malet spannmålssporer – introducerar svampens sporer
• 1,1 % xanthan gum – fungerar som en viskositetsmodifierare och bindemedel
• 24,7 % vatten – upprätthåller fukt för myceliumutveckling

Den inokulerade blandningen vispas ihop tills den är tillräckligt slät för att kunna extruderas genom ett speciellt 3D‑skrivar‑extruder.

Speciellt konstruerade munstycken

Ingenjörer skapade ett specialbyggt 3D‑skrivarmunstycke som integrerade ett lager‑extruder‑munstycke specifikt utformat för att hantera den tjocka pastan. Det nya 3D‑skrivarhuvudet designades särskilt för att utnyttja Jubilee‑3D‑skrivaren som också utvecklades vid UW:s Machine Agency‑lab.
Det nya systemet inkluderade ett uppgraderat pastahållningssystem. Detta system kan hålla en liter pasta och kan utökas för större tillämpningar vid behov. Noterbart är att lagringen och munstycket byggdes för att hantera olika materialtyper, vilket speglar ingenjörernas mål att erbjuda flera lösningar på plastavfallsproblemet.

Testfas

Det nya systemet testades genom att skriva ut flera föremål, inklusive en Moai-statyn, förpackningsmaterial, tre delar av en vas och andra föremål. Vissa av föremålen, som fjärilsliket kista, bestod av flera delar som kopplades ihop.

Ingenjörerna skrev ut designen med en proprietär skrivare. Formerna lämnades sedan i en steril kammare i 10 dagar. Detta tillvägagångssätt möjliggjorde att sporerna bildade starkt mycelium. Efter tio dagar togs föremålen bort och deras hållfasthet testades.

Noterbart är att om föremålen hade förblivit i steriliseringskammaren längre skulle de ha fortsatt att gro till svampar. För att förhindra vidare tillväxt avlägsnades de myceliumbelagda delarna och torkades helt.

Testresultat

Resultaten från experimentet visade lovande resultat. För det första förenade myceliet framgångsrikt separat utskrivna delar, vilket visar att förpackningsmaterialet kan produceras i modulära sektioner och ändå uppnå stark strukturell integritet. Detta innebär att materialet kan användas för intrikata designer och korttidsproduktion. Tester visade att mycelium‑biokompositen uppvisade mekaniska egenskaper liknande expanderad polystyren‑skum, som ofta används i förpackningar. Även om det inte nödvändigtvis är starkare än Styrofoam, erbjuder det jämförbar hållbarhet samtidigt som det är helt biologiskt nedbrytbart. Enligt forskningsdokumentation visade den en densitet som liknade högkvalitativ kartong.

Vattenresistens

Forskare genomförde ett 24‑timmars vattenabsorberingstest, där de jämförde koloniserade och okoloniserade mycelium‑biokompositer. De koloniserade proverna absorberade endast 7 % vatten och behöll sin form och strukturella integritet, medan de okoloniserade kaffebaserade kompositerna helt sönderföll i vatten.
Det erbjöd också lovande hållbarhetsnivåer samtidigt som det är helt biologiskt nedbrytbart. Dessutom kan det formas lättare och med lägre kostnader.

Potentiella marknadsfördelar

Denna forskning ger många fördelar på marknaden. För det första finns ett starkt behov av att hitta plastalternativ. Föroreningarna som detta avfall orsakar har nått farliga nivåer. För att förhindra att ekosystem skadas bortom reparation krävs en lösning. Detta alternativ till plast är miljövänligt och prisvärt.
Dessutom erbjuder det mer än bara ett alternativ till plast. Forskare strävar efter att expandera tekniken för att även skapa alternativ till styrofoam. Tillsammans kan dessa förpackningsmaterial hjälpa till att minska global förorening och inspirera till ytterligare former av hållbarhet.

Intrikata designer

En av de största fördelarna med denna förpackningsstil är dess flexibilitet. Myceliet förenar separat utskrivna delar till en hållbar förpackning som kan stå emot stötar och fukt. Dessutom kan den stödja komplexa och skräddarsydda engångskrav utan att behöva expandera tillverkningsprocesserna.

Tillverkning i små serier

3D‑utskriftsprocessen för mycelium‑biokompositer är väl lämpad för anpassad produktion i små serier, särskilt för förpackning av sköra eller unikt formade föremål. Till skillnad från traditionella formgjutna myceliumprodukter möjliggör denna metod att företag kan producera skräddarsydda designer utan behov av formar.

Hinder att övervinna

Det finns flera hinder som ingenjörerna fortfarande måste åtgärda för att deras nya förpackningsmetod ska bli en mainstream‑lösning. För det första krävs grundläggande sterilisering av livsmedelsavfall för att stödja tillväxten av myceliet som används för att skapa Mycofluid. Detta krav kommer att begränsa storskalig användning av metoden.
Men när forskarna utökar materialet till att omfatta alla typer av livsmedelsavfall hoppas de hitta en lösning som både är lättillgänglig och behöver avlägsnas från miljön. Genom att kombinera dessa krav säkerställs att detta alternativ inte skapar mer avfall samtidigt som det hjälper till att lösa plastproblemet.

Företag som leder bioprintningsmarknaden

Bioprintningssektorn fortsätter att expandera i takt med att fler material och utskriftsmetoder dyker upp. Dagens bioprintare kan skapa hela hus med jord och andra material.
Dessutom kan vissa bioprintare skapa mänskliga organ och andra livsviktiga behandlingar för att rädda liv. Dessa enheter fortsätter att utöka sina möjligheter och användningsscenarier. Här är ett företag som har byggt upp ett rykte för innovativa lösningar inom bioprintningssektorn.

United Therapeutics

United Therapeutics (UTHR ) gick in på marknaden 1996. Dess grundare, Martine Rothblatt, är en välkänd entreprenör som startade flera företag, inklusive SiriusXM. Noterbart är att företaget bildades efter att hans dotter blev terminalt sjuk.

År senare är United Therapeutics en ledare inom behandling av lungsjukdomar och organproduktion. Nyligen gick företaget in i bioprintningsarenan genom förvärvet av Miromatrix.

United Therapeutics kan enkelt dra nytta av en ökad efterfrågan inom bioprintningssektorn på grund av nya tillämpningar som förpackningskrav. Företaget erbjuder redan ansedda bioprintningsprodukter och betraktas som en branschledare. Därför bör de som söker en etablerad bioprintningsaktie göra ytterligare forskning om UTHR.

3D‑utskrivna mycelium‑biokompositer – Oändliga möjligheter

Konceptet att använda material som kaffebaste och svamp för att skapa hållbara förpackningar förtjänar beröm. Detta koncept, som fortfarande är i sina tidiga stadier, kan en dag leda till organiska förpackningsmaterial. Människan behöver plastalternativ, och det kan visa sig att mer än en lösning är svaret. Därför kan denna forskning ses som en värdefull del av pusslet.

Lär dig mer om andra spännande additivt tillverkning‑projekt nu.

Studierreferens:

^{1. Luo, D., Yang, J., & Peek, N. (2025). 3D-printed mycelium biocomposites: Metod för 3D‑utskrift och odling av svampbaserade kompositer. 3D Printing and Additive Manufacturing. https://doi.org/10.1089/3dp.2023.0342}