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藻類活性材料給點(diǎn)壓力就發(fā)光
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(guó)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(jiǎn)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(cè)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。
編輯:馬嘉悅