活的面料！中科院团队用虫草菌丝造出可编程活体纺织物，登上《Science Advances》

化纤微塑料污染、印染废水超标、快时尚垃圾难以降解…… 传统纺织行业的环保痛点始终难以根治。如今，合成生物学给出了颠覆性解法：一件“活着”的菌丝面料，能自主上色、破损自愈、荷叶式自清洁，废弃埋土41天完全回归自然。

近日，中国科学院深圳先进技术研究院的钟超团队在《Science Advances》刊发重磅成果，以蛹虫草菌丝为底盘，搭建全球首个模块化可编程真菌活体纺织平台，还亲手缝制出概念连衣裙原型，打通了“活体生物材料 — 可穿戴织物”的技术壁垒。

活体纺织物整体工艺示意图

行业痛点：传统活体材料的“两难困局”

1. 什么是工程活体材料（ELMs）？

简单来说，就是把活细胞嵌入宏观材料，让材料拥有生命特性：自修复、环境响应、可编程生化功能，是下一代可持续材料的核心方向。

2. 前人方案的致命缺陷

· 细菌生物膜：基因可控，但只能形成微米级薄膜，力学脆弱，完全无法做成布料；

· 细菌纤维素（康普茶膜）：结构结实，但几乎无活细胞，丧失生物响应能力；

· 传统菌丝材料：用高温、脱水、化学交联定型，直接杀死菌丝，材料变成“死皮”，失去再生、修复功能；

· 酵母复合面料：微生物仅附着在表面，无法整体融合，功能单一、易脱落。

丝状真菌天生自带三维缠绕菌丝网络，无需额外支架就能自组装成型，本是理想纺织原料，但“保活性”和“强结构”长期无法兼顾 —— 这正是本研究所攻克的核心难题。

核心突破：蛹虫草菌丝球，打造“活着”的柔性基底

研究团队选定蛹虫草（虫草花）作为材料底盘，开发一套低温、低能耗的完整制备工艺，全程保留菌丝代谢活性。

菌丝面料制备与表征全流程

1. 模块化单元：液态培育均匀菌丝球

优化培养条件：孢子浓度 1×10⁶ spores/mL、pH=8、24℃恒温震荡培养，4小时孢子萌发、72小时形成纤维状菌丝球。

菌丝球是天然模块化积木，过滤洗涤后填入模具，45℃低温干燥 6 小时，依靠菌丝间氢键自然融合，一体成型二维薄膜、三维立体构件，无需粘合剂。

2. 甘油增塑，解决菌丝脆裂难题

纯干燥菌丝膜孔隙多、布满微裂纹，一折就碎。团队引入甘油作为生物增塑剂：

· 分子动力学模拟（AMBER力场）证实：甘油打断菌丝几丁质链间氢键，提升分子链流动性；

· GL10（10%甘油）最优配方：杨氏模量大幅下降，延展性提升 50%，兼顾强度与柔软度；

· 性能实测：可随意折纸、扭曲，四根窄条拧成细绳，轻松吊起 1kg 重物；耐多种有机溶剂浸泡，200℃以下热稳定。

3. 自带水辅助自修复能力

面料产生切口、破损后，只需在损伤处滴少量清水，干燥后菌丝球依靠可逆氢键重新粘合；补充营养液还能诱导菌丝再生，循环修复 10 次仍保留 68% 原始刚度，无额外胶水、化学试剂。

模块化“即插即用”，三大生物功能一键解锁

该平台最大创新：结构基底与功能微生物解耦，不用改造真菌本身，只需共培养不同工程微生物，就能给面料叠加全新性能，实现“插件式”功能定制。

工程酵母天然着色模块

气生菌丝自清洁/防紫外模块

模块1：工程酵母共培养，零化学染料自主上色

1. 改造酿酒酵母，表面展示几丁质结合域（ChBD2），牢牢吸附菌丝细胞壁，6小时超声处理仍保留75%结合率，不易脱落；

2. 构建4种产色素酵母菌株，分别产出蓝、红、橙、深紫四原色，混合调配可得到丰富过渡色系；

3. 优势：面料成型阶段同步染色，省去传统印染高耗水、高污染工序，色彩长期稳定，且不破坏面料力学性能。

模块2：营养诱导气生菌丝，原生超疏水自清洁

面料本身菌丝存活，局部滴加营养液，就能定点长出蓬松气生菌丝：

· 表面水接触角≈145°，天然超疏水，污水、灰尘水滴直接滚落不留痕迹，无需含氟化学涂层；

· 可精准图案化：滴液绘制、胶带围挡边界，能长出雪花、logo、叶片等精细纹路，高湿环境下图案稳定保存 14 天；

· 破损修复后补充营养，气生菌丝可完整再生，恢复全部自清洁性能。

模块3：黑曲霉复合层，天然黑色素 UV 防护

在面料表面喷涂黑曲霉孢子，菌丝生长后富集黑色素：

1. UV-Vis 光谱显示全紫外波段强吸收，3小时254nm紫外照射下，底层生物孢子存活率大幅提升；

2. 同时具备强抗氧化能力（DPPH/ABTS自由基清除），替代有毒合成防晒助剂；

3. 菌丝薄层不改变面料原有拉伸、刚度，功能层与基底一体化。

落地验证：活体连衣裙原型 + 全生命周期环保认证

活体连衣裙原型与降解、生命周期评估

1. 可穿戴概念成衣

团队用GL10标准菌丝片缝制连衣裙，分三区定制功能：

· 衣身：产蓝色素酵母共培养，统一天然蓝色基底；

· 衣领：营养液诱导定制菌丝纹理装饰；

· 荷叶裙摆：全覆盖气生菌丝，自带自清洁疏水表层。

完整验证菌丝面料裁剪、缝纫、造型的工业化加工可行性。

2. 极致可循环：41天土壤完全降解

将菌丝面料盒子埋入农田壤土，定期观测：10天破碎、20天大面积分解、41天几乎完全消失，远优于聚酯、皮革等难降解纺织材料。

3. 生命周期评估（LCA，ISO14040 标准）

以1kg干菌丝为测算单位，全流程（预处理→发酵→过滤→甘油增塑→干燥）环境负荷清晰：

· 水资源消耗主要来自培养基预处理；

· 温室气体排放集中在过滤废液处理；

· 甘油增塑提升材料柔性，但同时增加土地、臭氧消耗成本；

为后续规模化降本、减污提供明确优化方向。

研究价值、现存局限与行业未来展望

这项研究突破了传统菌丝材料“先灭活、后成型”的固有研发逻辑，建立起“低温保活成型 + 外源微生物插件化功能修饰”的全新范式，无需对蛹虫草底盘开展复杂基因编辑，就能按需赋予织物染色、疏水防晒、自修复等多重特性，为可持续纺织开辟了全新技术路线，应用场景也不局限于服装，还能拓展至生物建筑表皮、医用敷料、环保一次性包装、柔性生物传感器等多元领域。

但现阶段材料距离大规模民用产业化仍存在不少短板：高湿环境下菌丝活性易衰减，织物耐磨、耐水洗性能偏弱，更适合艺术时装、户外临时防护材料、短期包装制品；发酵培养基原料占据绝大部分生产成本，甘油增塑工序进一步抬高生产投入。针对这些痛点，论文也指明了后续优化方向：一方面可复合天然可降解纤维提升织物耐用性，利用农林废弃物料替代专用培养基压缩成本；另一方面可直接对蛹虫草进行基因编辑，内置产色素、抗菌等功能基因，省去外源微生物共培养步骤，简化整套生产工艺。

放眼整个纺织行业，快时尚每年产生千万吨难降解废弃物，传统面料改良仅能小幅降低污染，无法从根源形成闭环循环。而这款活体菌丝面料依托全生物基体系，兼具低污染生产、自主功能响应、入土完全降解等优势，跳出传统材料改良的固有框架，为循环生物经济与绿色新材料发展提供了极具落地潜力的解决方案。

参考文献：Li K, et al. A programmable fungal platform for engineered living textiles. Science Advances, 2026, 12 (30): eaed6937. DOI:10.1126/sciadv.aed6937