Svampemyceliumskind kan bruges som substrater for elektroniske enheder, har fysikere og materialeforskere i Østrig vist. Holdet brugte de tynde skind til at skabe autonome sensorenheder bestående af myceliumbatterier, en fugtigheds- og nærhedssensor og et Bluetooth-kommunikationsmodul. Udover at give en fleksibel overflade til elektriske kredsløb, der kan mønstres på, er skindene biologisk nedbrydelige og kan hjælpe med at reducere elektronisk affald.
Forskerne fremstillede myceliumskindene fra svampen Ganoderma lucidum, som vokser på dødt hårdt træ i mildt tempereret klima. For at skabe elektroniske kredsløb brugte de fysisk dampaflejring til at placere et tyndt lag kobber og guld på huden. Metal blev derefter fjernet fra dette overfladelag via laserablation, hvilket efterlod ledende baner. Forskerne kaldte denne nye tilgang til at skabe fleksibel og biologisk nedbrydelig elektronik "MycelioTronics", og beskrev deres arbejde i Science Forskud.
Det store antal enheder, der produceres i dag, sammen med deres faldende levetid, fører til enorme mængder elektronisk affald, og mængderne stiger hurtigt. Ifølge Global e-affaldsmonitor 2020, blev rekordhøje 53.6 millioner tons sådant e-affald kasseret i 2019 – et tal, der forventes at stige til 74.7 millioner tons i 2030.
Der er også et stigende fokus på udviklingen af fleksibel elektronik, for for eksempel autonome sensorer til sundhedsovervågning, der har en levetid på kun dage eller uger. Ifølge Martin Kaltenbrunner, en fysiker ved Johannes Kepler Universitetet, for disse typer elektronik ville bionedbrydelige komponenter være meget fordelagtige.
"Den eneste ting, der er virkelig svær at genbruge, er det fleksible eller printede printkort... de er simpelthen for billige og for svære at adskille i deres individuelle dele," forklarer Kaltenbrunner. Forskere har kigget på at erstatte polymerbaserede printkort i fleksible enheder med papir, men Kaltenbrunner siger, at dette ikke er bæredygtigt. Papirproduktion er for vand- og energikrævende.
Papirlignende skind
Mens de arbejdede på svampebaserede materialer til bygningsisolering, lagde Kaltenbrunner og hans kolleger mærke til, at svampene producerede en tæt og kompakt hud af mycelium, som er et netværk af svampetråde. Disse skind lignede papir, og forskerne spekulerede på, om de kunne bruges til fleksible printkort.
Holdet dyrkede myceliumskind ved at dække fugtige bøgespåner podet med Ganoderma lucidum med et polyethylen-separatorgitter og opbevare dem ved 25°C. Efter tilstrækkelig svampevækst blev separatoren revet af substratet, og myceliumhuden blev forsigtigt pillet af separatoren. Det våde mycelium blev derefter tørret og komprimeret til fremstilling af de endelige skind.
Efter aflejring og laserablation af metallaget testede forskerne de resulterende myceliumkredsløb. De fandt ud af, at de havde høj ledningsevne og termisk stabilitet og var i stand til at modstå omkring 2000 bøjningscyklusser, før metalfilmen begyndte at revne og den elektriske modstand steg. Skindene kunne også foldes flere gange med kun moderat forøgelse af modstanden.
Dernæst skabte forskerne en flad, 2 cm2 myceliumbatteri, ved at bruge et myceliumskind gennemvædet i en stærkt ionledende elektrolytopløsning (ammoniumchlorid og zinkchlorid) som separator, og to myceliumskind som yderkappe. Denne struktur resulterer i, at en høj procentdel af batteriet er biologisk nedbrydeligt, hævder de.
For yderligere at demonstrere deres koncept skabte holdet en elektronisk enhed bestående af et myceliumbatteri, et Bluetooth-datakommunikationsmodul og en impedanssensor loddet på et myceliumkredsløbskort. Tests viste, at denne sensorenhed var i stand til at detektere en nærgående finger og ændringer i luftfugtighed i et klimakammer.
Kulstofbaseret blæk gør de første fuldt genanvendelige transistorer
Når de var færdige med kredsløbene, fandt forskerne ud af, at de kunne fjerne de genanvendelige overflademonterede komponenter ved hjælp af en varmepistol eller loddekolbe. Dette efterlod myceliumkredsløbet, som gik i opløsning i en kompostbunke. Inden for 11 dage havde den mistet 93% af sin tørre masse, og efter dette tidspunkt var eventuelle rester ikke til at skelne fra jorden.
"Du kan lægge det i din husholdningskompost," fortæller Kaltenbrunner Fysik verden. Han forklarer, at dette er fordelen ved deres svampematerialer i forhold til bionedbrydelig plast, der kræver særlige forhold for at blive nedbrudt, "mycelium er bogstaveligt talt overalt i vores naturlige miljø", og skindene er et helt naturligt produkt.
