Uncovering the Mechanical, Thermal, and Chemical Characteristics of Biodegradable Mushroom Leather with Intrinsic Antifungal and Antibacterial Properties

菌丝体 甲壳素 蘑菇 壳聚糖 抗菌活性 极限抗拉强度 材料科学 抗真菌 延展性(地球科学) 化学 食品科学 化学工程 复合材料 植物 细菌 微生物学 有机化学 生物 遗传学 蠕动 工程类
作者
Jenniffer Bustillos,Archana Loganathan,Richa Agrawal,Brittany A. Gonzalez,Marcos González Pérez,Sharan Ramaswamy,Benjamin Boesl,Arvind Agarwal
出处
期刊:ACS applied bio materials [American Chemical Society]
卷期号:3 (5): 3145-3156 被引量:44
标识
DOI:10.1021/acsabm.0c00164
摘要

The growing demand for a sustainable leather industry with a low environmental impact has prompted the development of alternative vegetable-based materials. In this study, a biodegradable mushroom-based leather derived from the fruiting body of Phellinus ellipsoideus is investigated. The biodegradable leather proves to be thermally stable up to 250 °C. The mechanically robust macrostructure combines a tensile strength of 1.2 MPa and ductility (101% strain at break) attributed to the natural balance of chitin (0.3) and proteins (0.7) constituting the mycelium fibers. The chitin-protein system results in an intrinsic scratch-resistant structure with exciting damping properties in a low frequency range. Enhanced damping capabilities within 5-20 Hz (tan δ: 0.1-0.20) are attributed to the macrostuctural alignment of the mycelium under cyclic tension. Whereas, increasing frequencies >20 Hz induce micromolecular interactions between chitin and proteins within the fibers. Exposure of the bioleather to acidic (pH 4, 5) and basic (pH 8, 9) media demonstrated the selective dissolution of proteins (basic) and chitin (acid) components within the mycelium, opening an opportunity for tunable mechanical response. Reducing the protein content induced an increase in stiffness and strength (pH 8 and 9), while reducing its chitin component showed variable ductility (pH 4 and 5). Owing to the entirely natural composition of the mushroom leather, intrinsic antifungal and antibacterial properties found in the mycelium resist fungal invasion and bacterial growth. Thus, this study displays the unique morphology-property relationship of a biodegradable mushroom leather, proving its potential as a fully sustainable and environmentally friendly alternative.
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