Soppmycelskinn kan brukes som underlag for elektroniske enheter, har fysikere og materialforskere i Østerrike vist. Teamet brukte de tynne skallene til å lage autonome sensorenheter bestående av myceliumbatterier, en fuktighets- og nærhetssensor og en Bluetooth-kommunikasjonsmodul. I tillegg til å gi en fleksibel overflate for elektriske kretser å mønstre på, er skinnene biologisk nedbrytbare og kan bidra til å kutte elektronisk avfall.
Forskerne produserte mycelskinnene fra soppen Ganoderma lucidum, som vokser på dødt løvtre i mildt temperert klima. For å lage elektroniske kretser brukte de fysisk dampavsetning for å legge et tynt lag med kobber og gull på huden. Metall ble deretter fjernet fra dette overflatelaget via laserablasjon, og etterlot ledende baner. Forskerne kalte denne nye tilnærmingen til å lage fleksibel og biologisk nedbrytbar elektronikk "MycelioTronics", og beskrev arbeidet deres i Vitenskap Fremskritt.
Det store antallet enheter som produseres i dag, sammen med deres synkende levetid, fører til enorme mengder elektronisk avfall, og volumene øker raskt. Ifølge Global E-Waste Monitor 2020, ble rekordhøye 53.6 millioner tonn slikt e-avfall kastet i 2019 – et tall som anslås å øke til 74.7 millioner tonn innen 2030.
Det er også et økende fokus på utvikling av fleksibel elektronikk, for for eksempel autonome sensorer for helseovervåking, som har levetid på bare dager eller uker. I følge Martin Kaltenbrunner, en fysiker ved Johannes Kepler-universitetet, for denne typen elektronikk, vil biologisk nedbrytbare komponenter være svært fordelaktige.
"Den eneste tingen som er veldig vanskelig å resirkulere er det fleksible eller trykte kretskortet ... de er rett og slett for billige og for vanskelige å separere i sine individuelle deler," forklarer Kaltenbrunner. Forskere har sett på å erstatte polymerbaserte kretskort i fleksible enheter med papir, men Kaltenbrunner sier at dette ikke er bærekraftig. Papirproduksjonen er for vann- og energikrevende.
Papirlignende skinn
Mens de jobbet med soppbaserte materialer for bygningsisolasjon, la Kaltenbrunner og hans kolleger merke til at soppene produserte en tett og kompakt hud av mycel, som er et nettverk av sopptråder. Disse skinnene så ut som papir, og forskerne lurte på om de kunne brukes til fleksible kretskort.
Teamet dyrket mycelskinn ved å dekke fuktig bøkspon som er inokulert med Ganoderma lucidum med et polyetylen-separatorgitter og oppbevar dem ved 25°C. Etter tilstrekkelig soppvekst ble separatoren revet av substratet og mycelhuden ble forsiktig skrellet av separatoren. Det våte myceliet ble deretter tørket og komprimert for å produsere de endelige skinnene.
Etter avsetning og laserablasjon av metalllaget testet forskerne de resulterende mycel-kretskortene. De fant ut at de hadde høy ledningsevne og termisk stabilitet, og var i stand til å motstå rundt 2000 bøyesykluser før metallfilmen begynte å sprekke og elektrisk motstand økte. Skinnene kunne også brettes flere ganger med bare moderat økning i motstand.
Deretter laget forskerne en flat, 2 cm2 myceliumbatteri, som bruker en mycelhud dynket i en sterkt ioneledende elektrolyttløsning (ammoniumklorid og sinkklorid) som separator, og to mycelhud som ytre hylster. Denne strukturen resulterer i at en høy prosentandel av batteriet er biologisk nedbrytbart, hevder de.
For å demonstrere konseptet sitt ytterligere, laget teamet en elektronisk enhet bestående av et myceliumbatteri, en Bluetooth-datakommunikasjonsmodul og en impedanssensor loddet på et myceliumkretskort. Tester viste at denne sensorenheten var i stand til å oppdage en nærmer seg en finger og endringer i fuktighet i et klimakammer.
Karbonbasert blekk gjør de første fullt resirkulerbare transistorer
Når de var ferdige med kretsene, fant forskerne ut at de kunne fjerne de gjenbrukbare overflatemonterte komponentene ved hjelp av en varmepistol eller loddejern. Dette etterlot mycelkretskortet, som gikk i oppløsning i en komposthaug. I løpet av 11 dager hadde den mistet 93 % av tørrmassen, og etter dette punktet var det umulig å skille rester fra jorda.
"Du kan legge det i husholdningskomposten," forteller Kaltenbrunner Fysikkens verden. Han forklarer at dette er fordelen med deres soppmaterialer fremfor biologisk nedbrytbar plast som krever spesifikke forhold for å brytes ned, "mycelium er bokstavelig talt overalt i vårt naturlige miljø" og skinnene er et helt naturlig produkt.
