這些柔軟的活性材料會(huì)因機(jī)械應(yīng)力（壓縮、拉伸或扭曲）而發(fā)光。圖片來源：加州大學(xué)圣迭戈分校工程學(xué)院

美國加州大學(xué)圣迭戈分校研究人員開發(fā)出一種藻類制成的柔軟且耐用的材料，這些材料可響應(yīng)機(jī)械應(yīng)力（壓縮、拉伸或扭曲）而發(fā)光。這項(xiàng)工作的靈感來自于海灘赤潮事件期間觀察到的生物發(fā)光波。研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》上。

這些材料不需要電子設(shè)備，也不需要外部電源，研究人員展示了如何利用自然的力量將機(jī)械刺激直接轉(zhuǎn)化為光發(fā)射。

該生物發(fā)光材料的主要成分是甲藻和一種稱為藻酸鹽的海藻聚合物。這些元素混合形成解決方案，然后使用3D打印機(jī)對(duì)其進(jìn)行處理，以創(chuàng)建各種形狀，例如網(wǎng)格、螺旋、蜘蛛網(wǎng)、球、塊和金字塔狀結(jié)構(gòu)。最后一步是對(duì)3D打印結(jié)構(gòu)進(jìn)行固化。

當(dāng)材料受到壓縮、拉伸或扭曲時(shí)，其中的甲藻會(huì)發(fā)出光來作出反應(yīng)。這種反應(yīng)模仿了海洋中發(fā)生的情況——甲藻產(chǎn)生閃光作為捕食者防御策略的一部分。在測試中，當(dāng)研究人員按壓這些材料并在其表面描繪圖案時(shí)，這些材料就會(huì)發(fā)光，甚至也足夠敏感，滾動(dòng)的泡沫球的重量即可觸發(fā)發(fā)光。

由于施加的應(yīng)力越大，發(fā)光越亮。研究人員量化這種行為并開發(fā)了一種數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所施加機(jī)械應(yīng)力的大小來預(yù)測發(fā)光強(qiáng)度。他們還在材料上涂上特殊保護(hù)層，使材料可在海水中儲(chǔ)存長達(dá)5個(gè)月，而不會(huì)失去其形狀或生物發(fā)光特性。

新研究展示了一種簡單的方法，將生物體與非生物成分結(jié)合起來，制造出能自我維持并對(duì)自然界中發(fā)現(xiàn)的基本機(jī)械刺激敏感的新型材料。

研究人員設(shè)想這一材料可用作機(jī)械傳感器來測量壓力、應(yīng)變或應(yīng)力，其潛在的應(yīng)用還包括使用光信號(hào)進(jìn)行治療或控制藥物釋放的柔性機(jī)器人和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。