受自然界啓發的新材料：可生物降解的發光體和可分解污染物的微藻

　　在英國劍橋大學Silvia Vignolini博士的實驗室裏，科學家們正在設計可生物降解的閃光劑和天然染料，用于食品着色和化妝品，作爲一個名爲PlaMatSu的項目的一部分。

爲了做到這一點，他們正在使用纖維素，一種賦予樹木和植物以強度和硬度的天然纖維，用于制造紙張。”它是我們地球上最豐富的材料，”Vignolini博士說。”每個人都會想到它的強度，但不是所有人都知道你可以用纖維素來做顔料。”

純潔的纖維素是雪白的。爲了創造色彩，Vignolini博士在纖維素上雕刻出微小的形狀，讓光束反彈下來，成爲鮮豔的色彩，這就是所謂的結構色。

“Vignolini博士說：”通過在納米級的材料上進行結構化，光與之相互作用，從而産生色彩。在這些例子中，顔色會随着視角的變化而變化。

Vignolini博士的實驗室利用結構性色彩制作出了完全可生物降解的顔料和閃光劑，這些顔料和閃光劑可用于化妝品等。傳統的熒光粉是由聚合物微顆粒制成的，而Vignolini博士的熒光粉僅由特殊形狀的纖維素制成。

在食品工業正在努力取代合成着色劑的過程中，她還緻力于從有機廢棄物中提取新的結構性食品着色劑。”我們可以利用造紙過程中剩下的東西，或農業廢棄物，如芒果或香蕉皮等富含纖維素，然後用它來制作着色劑，”Vignolini博士說。

PlaMatSu項目中的其他人則将目光投向了顔色之外，将從自然界中汲取的表面創意進行部署。德國弗萊堡大學和瑞士弗裏堡大學的團隊正在研究粗糙的植物表面如何阻止昆蟲。他們可以制作可生物降解的材料，可能會被噴灑在作物或牆壁上阻止蟲子進食，以威懾蟲子。

對于意大利巴裏大學的合成化學家Gianluca Maria Farinola教授來說，被稱爲矽藻的微小藻類的美麗的光調節結構蘊含着許多可能的用途。

矽藻是單細胞藻類，每一種藻類都被矽膠包裹着。這些藻類可以是扇形或杆狀、人字形、圓形或三角形。在顯微鏡下，你可能會看到孔隙或各種脊和隆起。這些标記可以将最佳波長的光聚焦到細胞中進行光合作用，同時散射或過濾掉有害的波長。這使得它們成爲天然的光子結構，也就是說，它們能夠操縱光。

“光子晶體在激光技術中的應用非常多。”Farinola教授說，他認爲矽藻可以啓發研究人員創造新的光子技術，例如用于光探測、計算或機器人等領域。

Farinola教授的研究可能會看到生長出特殊的矽藻來運送藥物。他的研究小組在矽藻的外殼上附着了抗氧化劑分子，然後将抗生素環丙沙星（Ciprofloxacin）潛入患者體内。在另一個例子中，活的矽藻吸收了雙膦酸鹽，這是一種衆所周知的改善骨質疏松症患者骨骼狀态的藥物。

他的團隊還在研究如何利用矽藻殼中的二氧化矽來清理環境中的不同污染物。法裏諾拉教授表示，研究人員在死矽藻的外殼上覆蓋了一種特殊的聚合物（多聚多巴胺），并粘上酶，原則上可以用來分解污染物。