這些柔軟的活性材料會因機械應(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)機械應(yīng)力（壓縮、拉伸或扭曲）而發(fā)光。這項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打印機對其進行處理，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3D打印結(jié)構(gòu)進行固化。

當(dāng)材料受到壓縮、拉伸或扭曲時，其中的甲藻會發(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，這些材料就會發(fā)光，甚至也足夠敏感，滾動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)所施加機械應(yīng)力的大小來預(yù)測發(fā)光強度。他們還在材料上涂上特殊保護層，使材料可在海水中儲存長達5個月，而不會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自然界中發(fā)現(xiàn)的基本機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進行治療或控制藥物釋放的柔性機器人和生物醫(yī)學(xué)設(shè)備。