由加州大學聖地亞哥分校(UCSD)組成的研究團隊利用活體的單細胞藻類「渦鞭毛藻(Dinoflagellate)」,開發了一項可對機械應力產生反應而發光,且具有柔軟性、耐久性之材料。此項材料可望應用於測量壓力或應變等的機械感測器、軟性機器人工學領域,以及利用光進行治療或控制藥物釋出的生物醫學設備等用途。
新開發的生物發光材料係以渦鞭藻毛與海藻酸鹽(Alginate)為主要成分。造成紅潮原因之一的渦鞭毛藻是典型的發光浮游生物,且會藉由發光做為其生存策略之一。研究團隊透過模仿在海中發生的現象,進而開發出此次的生物發光材料。以混合了渦鞭藻毛等成分的溶液做為材料,利用3D列印可加工製作出網格、螺旋、蜘蛛網狀等各種形狀。而當材料中的渦鞭毛藻對壓縮、拉伸、扭曲等機械應力有所反應時,材料本身就會發光。
當在材料表面進行按壓並描摹時,材料會沿著圖案樣式隨之發光,且施加的力量越大,發出的光就越明亮。然而新材料對於較弱的力亦有所反應,因此即使是球體的發泡苯乙烯表面在滾動時也會出現發光。目前研究團隊亦已投入可將與力相關的發光動作予以定量化,並能根據機械應力的大小預測光強度的數學模型開發。
新材料的另一項優點在於只需要最小限度的維護。為了讓材料內的渦鞭毛藻持續發揮機能性則需要明暗循環。渦鞭毛藻在光照期間透過光合作用產生食物與能量,並在黑暗期間隨著機械應力反應而發光。此行為反映了紅潮發生期間渦鞭毛藻在海洋中形成生物發光的自然過程。
為了提高材料在各種條件下的耐久性,研究團隊添加了聚乙二醇二丙烯酸酯(Polyethylene Glycol Diacrylate)做為第二種聚合物,使其能夠承受更高的機械負荷。此外,研究團隊還在材料上塗佈了具有伸縮性之橡膠狀聚合物Ecoflex,以保護其免受酸、鹼的影響。經過改良的結果,開發的生物發光材料可在海水中維持5個月的發光特性與原有形狀。