从蛋白石到海藻：对纳米光学技术的启示

credit：论文作者Lopez-Garcia et al.|Science Advances杂志

宝石蛋白石因其熠熠生辉、绚丽多彩的颜色而备受喜爱。

现在在其他地方——欧洲沿海地区常见的海藻类型——已经发现了使这些令人眼花缭乱的色彩成为可能的纳米结构。

褐藻(Cystoseira tamariscifolia)也被称为“虹碎木”。当离开水，变得干燥时，它就呈现出一种黯淡的不伦不类的深橄榄色。

但是，当它在水下蔓延生长时，宛如闪烁着蓝色与绿色的飘荡的彩虹。

布里斯托尔物理学院和电气工程系的研究人员表明，这种绚丽色调要归功于它自身由纳米级球体组成的结构，该结构组织控制着含叶绿体的海藻细胞如何反射光线。

虽然尚未得到证实，但这种结构有可能改变光合细胞内的光照水平——因为它控制和优化了海藻光合作用的能力。

这种类型结构只在自然界的另一处——蛋白石身上被发现过，即通过水沉积而在地下形成的矿物质二氧化硅宝石。

在蛋白石中，高度组织的纳米粒子由二氧化硅制成，并且它们负责颜色的变化，使得那些色彩看起来似乎来自蛋白石的内部。

在褐藻中，这些纳米颗粒不是由二氧化硅构成的，而是由海藻产生的微小的油珠。

更令人惊讶的是——海藻可以根据不断变化的光线重新组装结构。在几小时内，根据光照条件，海藻可完全打开或关闭虹彩效果。

研究人员发现，当光线充足的时候，海藻完全失去了颜色，变黑变暗。但在光线不足的情况下，它又开始闪烁。

在这些变化过程中，研究团队将海藻在亚纳米级水平下成像，发现当它闪光时，纳米球被排列成一个晶格；但是当它不闪烁时，纳米球就被无序地堆在一起。

这一新发现与之前对海藻结构的研究相矛盾，后者认为这些球体是随机分布的。

主要作者、现葡萄牙国际伊比利亚纳米技术研究所的光学工程师Martin Lopez-Garcia说：“油滴形成的蛋白石彩色效果是一个全新的发现，如果纳米技术人员能够理解并模仿这种海藻蛋白石的动态特性，我们未来可能会采用可生物降解的可切换显示技术，这种技术可用于物品包装或制作高效低成本的太阳能电池。”

该研究已发表在Science Advances上。

本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。