Wenn wir an einen starken, harten Werkstoff denken, kommt uns normalerweise nicht sofort ein Pilz in den Sinn. Zum Teil von den EU-finanzierten Projekten FUNGAR und iNEXT-Discovery unterstützte Forschende haben einige überraschende Eigenschaften des Pilzes Fomes fomentarius aufgedeckt, die in Zukunft zu einer natürlichen, biologisch abbaubaren Alternative für einige Kunststoffe führen könnten. Ihre wissenschaftliche Arbeit wurde in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlicht. Der gemeinhin als Zunderschwamm bekannte F. fomentarius wächst an der Seite verschiedener Baumarten, befällt sie durch aufgebrochene Rinde und verursacht Fäulnis. Wie der Name schon sagt, wurde der Pilz traditionell als Zunder zum Feueranzünden verwendet, aber auch bei der Herstellung von Kleidung und Arzneimitteln eingesetzt. Aufgrund seiner neu entdeckten Eigenschaften könnte er nun die Entwicklung neuer ultraleichter Hochleistungswerkstoffe anregen.
Das Geheimnis liegt in den drei Schichten
Pilze weisen eine wurzelartige Struktur, das so genannte Myzel auf, das aus einer Masse verzweigter Zellfäden besteht, die Hyphen genannt werden und sich im Boden oder in verrottendem Material ausbreiten. Das Forschungsteam fand heraus, dass sich die wurzelartige Struktur des Zunderschwamms in drei verschiedene Schichten aufteilen lässt.
„Das Myzel ist der Hauptbestandteil in allen Schichten“, berichten die Autorinnen und Autoren in ihrer Arbeit. „In jeder Schicht weist das Myzel jedoch eine sehr ausgeprägte Mikrostruktur mit einzigartiger bevorzugter Ausrichtung, Seitenverhältnis, Dichte und Verzweigungslänge auf.“
Untersuchungen der drei Schichten ergaben folgende Informationen: eine harte und starre äußere Schutzschicht oder Kruste und darunter eine schaumartige, weiche und lederartige Schicht, gefolgt von Stapeln hohler röhrenförmiger Strukturen. Wie in einer auf „ScienceAlert“ veröffentlichten Pressemitteilung beschrieben wird, waren einige Teile des Zunderschwamms „so stark wie Sperrholz, Kiefernholz oder Leder … und gleichzeitig leichter als diese Materialien“.
Die Kruste, die nur 4% des Pilzfruchtkörpers (seiner sporenhaltigen Struktur) ausmacht, erwies sich als die dichteste und am wenigsten poröse der drei Schichten. Die Forschenden fanden außerdem heraus, dass die weniger dichte und porösere röhrenförmige Schicht, die etwa 6% des Fruchtkörpers bildet, größeren Kräften widerstehen kann als die schaumige Schicht, ohne dass es zu größeren Verwerfungen oder Verformungen kommt.
„Außergewöhnlich ist, dass sie mit minimalen Veränderungen ihrer Zellmorphologie und extrazellulären Polymerzusammensetzung verschiedene Materialien mit unterschiedlichen physiochemischen Eigenschaften bilden, die die meisten natürlichen und vom Menschen hergestellten Werkstoffe übertreffen, die normalerweise mit Kompromissen bei den Eigenschaften konfrontiert sind (z.B. Erhöhung des Gewichts/der Dichte bei gleichzeitiger Erhöhung der Festigkeit/Steifigkeit/Zähigkeit)“, heißt es in der wissenschaftlichen Arbeit.
Mithilfe der Projekte FUNGAR (Fungal architectures) und iNEXT-Discovery (Infrastructure for transnational access and discovery in structural biology) könnten diese Ergebnisse als Anregung für die Entwicklung überlegener multifunktionaler Werkstoffe für den Einsatz in Medizin und Industrie dienen. „Wir glauben, dass die Ergebnisse ein breites Publikum in der Werkstoffkunde und anderen Fachbereichen ansprechen sollten“, so die Verfassenden.
Source
CORDIS news, Pressemitteilung, 2023-03-10.
Supplier
Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
Technical Research Centre of Finland (VTT)
University of Utrecht
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