受自然界啟發(fā)的新材料：可生物降解的發(fā)光體和可分解污染物的微藻
在英國(guó)劍橋大學(xué)Silvia Vignolini博士的實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家們正在設(shè)計(jì)可生物降解的閃光劑和天然染料，用于食品著色和化妝品，作為一個(gè)名為PlaMatSu的項(xiàng)目的一部分。
為了做到這一點(diǎn)，他們正在使用纖維素，一種賦予樹(shù)木和植物以強(qiáng)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(shuō)。”每個(gè)人都會(huì)想到它的強(qiáng)度，但不是所有人都知道你可以用纖維素來(lái)做顏料。”
純潔的纖維素是雪白的。為了創(chuàng)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(lái)，成為鮮艷的色彩，這就是所謂的結(jié)構(gòu)色。
“Vignolini博士說(shuō)：”通過(guò)在納米級(jí)的材料上進(jìn)行結(jié)構(gòu)化，光與之相互作用，從而產(chǎn)生色彩。在這些例子中，顏色會(huì)隨著視角的變化而變化。
Vignolini博士的實(shí)驗(yàn)室利用結(jié)構(gòu)性色彩制作出了完全可生物降解的顏料和閃光劑，這些顏料和閃光劑可用于化妝品等。傳統(tǒng)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(yè)正在努力取代合成著色劑的過(guò)程中，她還致力于從有機(jī)廢棄物中提取新的結(jié)構(gòu)性食品著色劑。”我們可以利用造紙過(guò)程中剩下的東西，或農(nóng)業(yè)廢棄物，如芒果或香蕉皮等富含纖維素，然后用它來(lái)制作著色劑，”Vignolini博士說(shuō)。
PlaMatSu項(xiàng)目中的其他人則將目光投向了顏色之外，將從自然界中汲取的表面創(chuàng)意進(jìn)行部署。德國(guó)弗萊堡大學(xué)和瑞士弗里堡大學(xué)的團(tuán)隊(duì)正在研究粗糙的植物表面如何阻止昆蟲(chóng)。他們可以制作可生物降解的材料，可能會(huì)被噴灑在作物或墻壁上阻止蟲(chóng)子進(jìn)食，以威懾蟲(chóng)子。
對(duì)于意大利巴里大學(xué)的合成化學(xué)家Gianluca Maria Farinola教授來(lái)說(shuō)，被稱(chēng)為硅藻的微小藻類(lèi)的美麗的光調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)蘊(yùn)含著許多可能的用途。
硅藻是單細(xì)胞藻類(lèi)，每一種藻類(lèi)都被硅膠包裹著。這些藻類(lèi)可以是扇形或桿狀、人字形、圓形或三角形。在顯微鏡下，你可能會(huì)看到孔隙或各種脊和隆起。這些標(biāo)記可以將最佳波長(zhǎng)的光聚焦到細(xì)胞中進(jìn)行光合作用，同時(shí)散射或過(guò)濾掉有害的波長(zhǎng)。這使得它們成為天然的光子結(jié)構(gòu)，也就是說(shuō)，它們能夠操縱光。
“光子晶體在激光技術(shù)中的應(yīng)用非常多。”Farinola教授說(shuō)，他認(rèn)為硅藻可以啟發(fā)研究人員創(chuàng)造新的光子技術(shù)，例如用于光探測(cè)、計(jì)算或機(jī)器人等領(lǐng)域。
Farinola教授的研究可能會(huì)看到生長(zhǎng)出特殊的硅藻來(lái)運(yùn)送藥物。他的研究小組在硅藻的外殼上附著了抗氧化劑分子，然后將抗生素環(huán)丙沙星（Ciprofloxacin）潛入患者體內(nèi)。在另一個(gè)例子中，活的硅藻吸收了雙膦酸鹽，這是一種眾所周知的改善骨質(zhì)疏松癥患者骨骼狀態(tài)的藥物。
他的團(tuán)隊(duì)還在研究如何利用硅藻殼中的二氧化硅來(lái)清理環(huán)境中的不同污染物。法里諾拉教授表示，研究人員在死硅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(lái)分解污染物。
