DOI: https://doi.org/10.1007/s43615-025-00539-x
تاريخ النشر: 2025-04-10
المؤلف: Nungnit Wattanavichean وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات الفيزيولوجيا الكهربائية للنباتات والبيولوجيا
نظرة عامة
تستعرض هذه المراجعة الإمكانيات الابتكارية للمواد المركبة المعتمدة على الفطريات (MBCs) والمواد النقية المعتمدة على الفطريات (PMMs) كبدائل مستدامة في هندسة المواد، بما يتماشى مع أهداف التنمية المستدامة (SDGs). من خلال دمج الفطريات – وهي لاصق بيولوجي طبيعي – مع المنتجات الثانوية من الخشب، تمثل هذه المواد نهجًا متعدد التخصصات يجمع بين البيولوجيا والهندسة والتصميم لمواجهة التحديات البيئية الكبيرة. تحدد المراجعة أحد عشر مجال تطبيق لـ MBCs و PMMs، بما في ذلك قطاعات مثل معالجة البيئة والرعاية الصحية والزراعة والإلكترونيات، مع تسليط الضوء على المنتجات التجارية والجهود البحثية المستمرة.
تؤكد النتائج على الدور التحويلي لـ MBCs و PMMs في تقليل الاعتماد على المواد الاصطناعية، وتعزيز القابلية للتحلل البيولوجي، وزيادة استدامة المواد التقليدية. تكشف التحليلات عن أكثر من 40 شركة تعمل في تسويق المنتجات المعتمدة على الفطريات على مستوى العالم، مما يبرز الحاجة إلى التوحيد القياسي والشهادات لتسهيل تكامل السوق. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية استكشاف أنواع فطرية جديدة، وتحسين تركيبات الركيزة، وتحسين الإنتاج من خلال زراعة المفاعلات الحيوية وطرق مدفوعة بالذكاء الاصطناعي. تدعو المراجعة إلى التعاون بين التخصصات بين الباحثين والصناعات وصانعي السياسات لتسريع اعتماد هذه المواد، مما يسهم في النهاية في اقتصاد دائري حيوي وتعزيز المبادرات العالمية للاستدامة.
مقدمة
تتناول مقدمة ورقة البحث التحديات البيئية العاجلة التي تطرحها الزيادة العالمية في الاعتماد على المواد الاصطناعية، وخاصة البلاستيك، الذي ارتفع من 1.5 مليون طن في عام 1950 إلى حوالي 359 مليون طن بحلول عام 2018. يرتبط هذا الارتفاع في إنتاج البلاستيك بتدهور بيئي كبير، ومخاطر صحية، والحاجة الملحة إلى بدائل مستدامة. ظهرت المواد المركبة المعتمدة على الفطريات (MBCs) والمواد النقية المعتمدة على الفطريات (PMMs) كبدائل صديقة للبيئة واعدة، تستخدم الفطريات المدمجة مع الكتلة الحيوية من المنتجات الزراعية. تستفيد هذه المواد من الخصائص الطبيعية للربط للفطريات وتركيبتها الغنية بالمغذيات من بقايا الزراعة، مما يعزز الخصائص الميكانيكية مثل قوة الضغط والمرونة.
تسلط الورقة الضوء على أهمية خصائص الركيزة – مثل حجم الجسيمات والتمدد – في التأثير على نمو الفطريات وخصائص المواد الناتجة. لقد حسنت التقدمات الأخيرة في تقنيات معالجة الركيزة من التوافق وكفاءة الربط لهذه المواد. لا توفر MBCs و PMMs بديلاً مستدامًا للمواد الاصطناعية فحسب، بل تساهم أيضًا في تعزيز قيمة النفايات الزراعية، مما يعزز الممارسات الاقتصادية الدائرية. تهدف المراجعة إلى تجميع الأبحاث الحالية حول هذه المواد، واستكشاف تطبيقاتها عبر قطاعات مختلفة، بما في ذلك البناء والتغليف والصحة، مع التأكيد على دورها في الانتقال نحو اقتصاد قائم على البيولوجيا يتماشى مع أهداف التنمية المستدامة (SDGs).
طرق
تناقش هذه القسم التطبيقات الابتكارية للمواد المعتمدة على الفطريات (MBMs) في صناعات مختلفة، مع التركيز على دورها كبدائل مستدامة للمنتجات التقليدية. الشركات مثل Ecovative و MycoWorks و Mogu في طليعة هذه الحركة، حيث تطور مجموعة من المواد الحيوية التي تبرز تعددية الفطريات وفوائدها البيئية. تشمل التطبيقات البارزة الطوب والألواح المعتمدة على الفطريات المستخدمة في البناء، والتي تم إثباتها في مشاريع مثل جناح “Hy-Fi” وجناح “Shell Mycelium”. لا تعمل هذه المواد فقط كعزل، بل تظهر أيضًا إمكانات للتطبيقات الحاملة للأحمال، على الرغم من أن قوتها الهيكلية عمومًا أقل من المواد التقليدية مثل الخرسانة.
تستكشف الأبحاث أيضًا مستقبل MBMs، مع التركيز على تطوير مواد قابلة للتكيف ومتعددة الوظائف يمكن أن تستجيب للمؤثرات البيئية. يتم السعي وراء ابتكارات مثل الخصائص الذاتية الشفاء وذاكرة الشكل لتعزيز أداء واستدامة هذه المواد. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسليط الضوء على دمج الفطريات مع كائنات حيوية أخرى لإنشاء مركبات حية مصممة كمسار واعد لتحقيق خصائص وظيفية متنوعة. ومع ذلك، لا تزال هناك تحديات في طرق تركيب MBMs، لا سيما فيما يتعلق بكفاءة الوقت وقابلية التوسع، مما قد يعيق اعتمادها الصناعي الواسع.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على الإمكانيات التحويلية للمنتجات المعتمدة على الفطريات في معالجة التحديات العالمية من خلال الممارسات المستدامة. قدرة الفطريات على تحويل المواد العضوية إلى مواد قيمة تضع التكنولوجيا الفطرية كلاعب رئيسي في الانتقال من اقتصاد يعتمد على النفط إلى اقتصاد دائري قائم على البيولوجيا. تصنف هذه القسم تطبيقات الفطريات إلى المواد المركبة المعتمدة على الفطريات (MBCs) والمواد النقية المعتمدة على الفطريات (PMMs)، مع التأكيد على خصائصها المتنوعة المتأثرة باختيار الركيزة وأنواع الفطريات. توفر MBCs، التي تم إنشاؤها من خلال دمج الفطريات مع الركائز العضوية، تطبيقات في التعبئة والتغليف الصديقة للبيئة ومواد البناء، بينما تظهر PMMs، المشتقة فقط من ألياف الفطريات، خصائص ميكانيكية فريدة مناسبة للنسيج وبدائل الجلد.
تربط الورقة أيضًا تكنولوجيا الفطريات باقتصاد Bio-Circular-Green (BCG)، موضحة توافقها مع أهداف التنمية المستدامة (SDGs) مثل الاستهلاك المسؤول والعمل المناخي. تشير تحليل الأدبيات وبراءات الاختراع إلى زيادة كبيرة في البحث والاهتمام التجاري في المواد المعتمدة على الفطريات، خاصة من 2016 إلى 2023، مع مساهمات ملحوظة من شركات مثل Ecovative و Mycoworks. تؤكد النتائج على الطبيعة متعددة التخصصات لتطبيقات الفطريات، مما يجسر الفجوة بين البيولوجيا وعلوم المواد والهندسة البيئية، وتبرز الحاجة المستمرة للبحث لتحسين زراعة الفطريات وتعزيز خصائص المواد لتطبيقات صناعية أوسع.
DOI: https://doi.org/10.1007/s43615-025-00539-x
Publication Date: 2025-04-10
Author(s): Nungnit Wattanavichean et al.
Primary Topic: Plant and Biological Electrophysiology Studies
Overview
This review examines the innovative potential of mycelium-based composites (MBCs) and pure-mycelium materials (PMMs) as sustainable alternatives in materials engineering, aligning with the Sustainable Development Goals (SDGs). By integrating mycelium—a natural biological adhesive—with lignocellulosic by-products, these materials exemplify a multidisciplinary approach that combines biology, engineering, and design to tackle significant environmental challenges. The review identifies eleven application areas for MBCs and PMMs, including sectors such as environmental remediation, healthcare, agriculture, and electronics, highlighting both commercialized products and ongoing research efforts.
The findings underscore the transformative role of MBCs and PMMs in reducing reliance on synthetic materials, promoting biodegradability, and enhancing the sustainability of conventional materials. The analysis reveals over 40 companies engaged in the commercialization of mycelium-based products globally, emphasizing the need for standardization and certification to facilitate market integration. Future research directions include exploring novel fungal species, refining substrate formulations, and optimizing production through bioreactor cultivation and AI-driven methods. The review advocates for interdisciplinary collaborations among researchers, industries, and policymakers to accelerate the adoption of these materials, ultimately contributing to a circular bioeconomy and advancing global sustainability initiatives.
Introduction
The introduction of the research paper addresses the urgent environmental challenges posed by the increasing global reliance on synthetic materials, particularly plastics, which have escalated from 1.5 million tons in 1950 to approximately 359 million tons by 2018. This surge in plastic production is linked to significant ecological degradation, health risks, and the pressing need for sustainable alternatives. Mycelium-based composites (MBCs) and pure-mycelium materials (PMMs) have emerged as promising eco-friendly substitutes, utilizing fungal mycelia combined with lignocellulosic biomass from agricultural by-products. These materials leverage the natural binding properties of mycelia and the nutrient-rich composition of agricultural residues, which enhance mechanical properties such as compressive strength and elasticity.
The paper highlights the importance of substrate characteristics—such as particle size and porosity—in influencing mycelial growth and the resulting material properties. Recent advancements in substrate pre-treatment techniques have further improved the compatibility and binding efficiency of these materials. MBCs and PMMs not only provide a sustainable alternative to synthetic materials but also contribute to the valorization of agricultural waste, promoting circular economic practices. The review aims to synthesize current research on these materials, exploring their applications across various sectors, including construction, packaging, and health, while emphasizing their role in transitioning towards a bio-based economy aligned with the Sustainable Development Goals (SDGs).
Methods
The section discusses the innovative applications of mycelium-based materials (MBMs) in various industries, emphasizing their role as sustainable alternatives to conventional products. Companies such as Ecovative, MycoWorks, and Mogu are at the forefront of this movement, developing a range of biomaterials that highlight mycelium’s versatility and environmental benefits. Notable applications include mycelium bricks and panels used in construction, which have been demonstrated in projects like the “Hy-Fi” pavilion and the “Shell Mycelium” pavilion. These materials not only serve as insulation but also exhibit potential for load-bearing applications, although their structural strength is generally lower than traditional materials like concrete.
The research also explores the future of MBMs, focusing on the development of adaptive and multifunctional materials that can respond to environmental stimuli. Innovations such as self-healing and shape-memory properties are being pursued to enhance the performance and sustainability of these materials. Additionally, the integration of mycelium with other biological organisms to create engineered living composites is highlighted as a promising avenue for achieving diverse functional properties. However, challenges remain in the synthesis methods of MBMs, particularly regarding time efficiency and scalability, which may impede their widespread industrial adoption.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the transformative potential of mycelium-based products in addressing global challenges through sustainable practices. Fungi’s ability to convert organic matter into valuable materials positions fungal biotechnology as a key player in the transition from a petroleum-dependent economy to a biobased circular economy. The section categorizes mycelium applications into mycelium-based composites (MBCs) and pure-mycelium materials (PMMs), emphasizing their diverse properties influenced by substrate selection and fungal species. MBCs, created by integrating mycelium with organic substrates, have applications in eco-friendly packaging and construction materials, while PMMs, derived solely from mycelium fibers, exhibit unique mechanical properties suitable for textiles and leather alternatives.
The paper further connects mycelium technology to the Bio-Circular-Green (BCG) economy, illustrating its alignment with sustainable development goals (SDGs) such as responsible consumption and climate action. A literature and patent analysis indicates a significant rise in research and commercial interest in mycelium-based materials, particularly from 2016 to 2023, with notable contributions from companies like Ecovative and Mycoworks. The findings underscore the interdisciplinary nature of mycelium applications, bridging biology, materials science, and environmental engineering, and highlight the ongoing need for research to optimize mycelium cultivation and enhance material properties for broader industrial applications.