香港城市大學(xué)（城大）的研究人員發(fā)現(xiàn)藍(lán)斑條尾魟（Ribbontail Stingrays）產(chǎn)生鮮艷的藍(lán)色皮膚的獨(dú)有機(jī)制。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)揭示了自然界通過納米結(jié)構(gòu)的特定排列創(chuàng)造鮮艷色彩，此過程名為「結(jié)構(gòu)色」（Structural Coloration）。這項(xiàng)研究亦深入探討了自然光學(xué)的奧妙，展現(xiàn)新的色彩制造方法，啟發(fā)團(tuán)隊(duì)在各種物料上研發(fā)能制造堅(jiān)固、無化學(xué)色彩的新技術(shù)。

自然界的色彩調(diào)色板的繽紛多樣令人超乎想象，其中藍(lán)色通常是透過極小尺寸（納米）尺度的光反射結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生，而非由色素產(chǎn)生。這些納米結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生鮮艷的色彩結(jié)構(gòu)，例如可以在蝴蝶翅膀、孔雀羽毛和花朵上找到，其納米結(jié)構(gòu)的排序方式，在色彩呈現(xiàn)上扮演關(guān)鍵的作用。雖然有序的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生隨視角變化的彩虹顏色，如蜂鳥的羽毛，但一些自然結(jié)構(gòu)藍(lán)色不會隨視角變化，令它們成為了解大自然如何演變和建立穩(wěn)定顏色的有趣模型。

城大傳染病及公共衛(wèi)生學(xué)系副教授Mason Dean教授和Amar Surapaneni博士后研究員領(lǐng)導(dǎo)的最近一項(xiàng)研究，透過藍(lán)斑條尾魟的皮膚斑點(diǎn)來探討此難題。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，無論從任何視角觀察魚身，斑點(diǎn)都呈現(xiàn)出一致的電藍(lán)色調(diào)。

藍(lán)斑條尾魟亮麗的電藍(lán)色斑點(diǎn)。藍(lán)色斑點(diǎn)不僅在動物的自然環(huán)境中作為視覺信號，而且還可以啟發(fā)新型仿生材料應(yīng)用的靈感。（圖片來源：Morgan Bennett-Smith）

帶領(lǐng)這次研究的Dean教授指出：「我們發(fā)現(xiàn)，這種獨(dú)特的藍(lán)色是由特定的皮膚細(xì)胞產(chǎn)生，這些細(xì)胞具有穩(wěn)定的三維（3D）排列的納米級球體，其中包含反射納米晶體（類似于懸浮在珍珠奶茶中的珍珠）。有趣的是，這些納米級球體既不完全有序，也不完全無序；它們處于一種中間狀態(tài)，稱為『準(zhǔn)序（quasi-order）』。」

這種部分有序的排列只反射藍(lán)色，而其無序性有助于將藍(lán)色波長向所有方向偏轉(zhuǎn)──因此，無論觀察角度如何，所見到的顏色都保持不變。為了消除任何多余的顏色，產(chǎn)色顏色的細(xì)胞下有一層厚厚的黑色素層，吸收了所有其他波長，從而產(chǎn)生了極亮的藍(lán)色皮膚。

這項(xiàng)在魟魚中發(fā)現(xiàn)的新型藍(lán)色機(jī)制，是對鯊魚和魟魚中結(jié)構(gòu)色的首次描述，說明了大自然如何利用其相對于工程材料來說，相當(dāng)有限的材料工具包，以多樣的結(jié)構(gòu)組合來產(chǎn)生顏色。

Dean教授表示：「這些材料的設(shè)計(jì)或排列對每種植物或動物都是十分獨(dú)特，理解大自然產(chǎn)生鮮艷色彩的方式非常引人入勝」，特別是負(fù)責(zé)魟魚顏色的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和物理原理，是對仿生紡織品、柔性顯示器、屏幕和感測器等彈性軟材料上，產(chǎn)生堅(jiān)固、無化學(xué)色彩的絕佳模型。

這項(xiàng)由城大與奧地利、德國和比利時研究人員合作的研究成果，已在《Advanced Optical Materials》期刊上發(fā)表，題為“Ribbontail Stingray Skin Employs a Core–Shell Photonic Glass Ultrastructure to Make Blue Structural Color”。該研究得到了大學(xué)教育資助委員會的優(yōu)配研究金支持。

研究團(tuán)隊(duì)亦即將于《Frontiers in Cell and Developmental Biology》期刊上發(fā)表另一篇，題為 “Intermediate filaments spatially organize intracellular nanostructures to produce the bright structural blue of ribbontail stingrays across ontogeny”。

如有查詢，歡迎聯(lián)絡(luò)城大傳染病及公共衛(wèi)生學(xué)系副教授Mason Dean教授（電郵：[email protected]）。