從蛋白石到海藻：對納米光學技術的啟示

credit：論文作者Lopez-Garcia et al.|Science Advances雜誌

寶石蛋白石因其熠熠生輝、絢麗多彩的顏色而備受喜愛。

現在在其他地方——歐洲沿海地區常見的海藻類型——已經發現了使這些令人眼花繚亂的色彩成為可能的納米結構。

褐藻(Cystoseira tamariscifolia)也被稱為「虹碎木」。當離開水，變得乾燥時，它就呈現出一種黯淡的不倫不類的深橄欖色。

但是，當它在水下蔓延生長時，宛如閃爍著藍色與綠色的飄蕩的彩虹。

布里斯托爾物理學院和電氣工程系的研究人員表明，這種絢麗色調要歸功於它自身由納米級球體組成的結構，該結構組織控制著含葉綠體的海藻細胞如何反射光線。

雖然尚未得到證實，但這種結構有可能改變光合細胞內的光照水平——因為它控制和優化了海藻光合作用的能力。

這種類型結構只在自然界的另一處——蛋白石身上被發現過，即通過水沉積而在地下形成的礦物質二氧化硅寶石。

在蛋白石中，高度組織的納米粒子由二氧化硅製成，並且它們負責顏色的變化，使得那些色彩看起來似乎來自蛋白石的內部。

在褐藻中，這些納米顆粒不是由二氧化硅構成的，而是由海藻產生的微小的油珠。

更令人驚訝的是——海藻可以根據不斷變化的光線重新組裝結構。在幾小時內，根據光照條件，海藻可完全打開或關閉虹彩效果。

研究人員發現，當光線充足的時候，海藻完全失去了顏色，變黑變暗。但在光線不足的情況下，它又開始閃爍。

在這些變化過程中，研究團隊將海藻在亞納米級水平下成像，發現當它閃光時，納米球被排列成一個晶格；但是當它不閃爍時，納米球就被無序地堆在一起。

這一新發現與之前對海藻結構的研究相矛盾，後者認為這些球體是隨機分布的。

主要作者、現葡萄牙國際伊比利亞納米技術研究所的光學工程師Martin Lopez-Garcia說：「油滴形成的蛋白石彩色效果是一個全新的發現，如果納米技術人員能夠理解並模仿這種海藻蛋白石的動態特性，我們未來可能會採用可生物降解的可切換顯示技術，這種技術可用於物品包裝或製作高效低成本的太陽能電池。」

該研究已發表在Science Advances上。

本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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