四川
本周早些时候，时装设计师 Iris van Herpen 在巴黎高级定制时装周上展示了一款非常特别的服装。这件服装是一件由 1.25 亿个活藻制成的生物发光连衣裙，可以随着穿着者的运动发出光芒。近二十年来，这位设计师一直致力于探索有机世界的原始韵律与人类技术需求的融合，她曾推出由实验室培育的生物蛋白制成的婚纱。
据悉，这件生物发光连衣裙由阿姆斯特丹大学的生物物理学家 Nico Schramma 和 Mazi Jalaal 支持，并与生物设计师 Chris Bellamy 合作完成。这款生物礼服采用凝胶材质，内含数百万个可发光的藻类。
早在 2019 年和 2020 年，两位科学家及其同事就在剑桥大学 Ray Goldstein 教授的实验室中研究了这些细胞测量和响应机械应力的能力。通过结合显微镜和机械测试，科学家们用微量移液器夹住单个细胞，并以不同的速度和深度轻轻地压入细胞，从而能够测量细胞在不同变形方式下的发光情况。相关研究于 2020 年发表在 Physical Review Letters。
他们研究了甲藻（Pyrocystis lunula）发光背后的物理机制。自然界中，这类藻类的发光现象实则是一种防御机制。当感知到机械刺激（比如天敌游动引发的水流扰动），藻细胞便会触发生物荧光闪烁。这种被称作“防盗警报”的机制，既能震慑来犯者，又可吸引更高级捕食者前来猎食藻类的天敌。
系统实验表明，闪光亮度既取决于变形深度，也与施力速率密切相关。这种被称为“粘弹性”的响应特性，常见于含悬浮聚合物的流体等复杂材料中。对于甲藻类生物而言，该机制很可能与分布在细胞膜上的特殊蛋白质——离子通道有关。当细胞膜受压时，这些通道会开启，促使钙离子在细胞区间流动，从而触发产生光亮的生化级联反应。
他们的研究表明：当细胞壁微变形时，无论压痕速率多快，光强始终较弱；缓慢的大幅度压痕同样仅产生弱光。唯有在高幅度与高速率同时具备时，光强才能达到峰值。该团队建立的数学模型成功量化解释了该现象。
此后数年，Schramma 和 Jalaal 同加州大学圣地亚哥分校的 Chenghai Li 和 Shengqiang Cai 展开合作，并与斯克里普斯海洋研究所的生物发光专家 Michael Latz 共同研发了一种新型材料——将藻细胞嵌入凝胶基质后，创造出一种兼具柔韧性与耐久性的物质。这种材料不仅在形变时会发光，还能使藻细胞在脱离水环境后保持活性。在此过程中，两位研究者将原有模型升级为可预测复杂材料探针（而非单一细胞）形变发光特性的新系统。相关研究发表在 Science Advances。
在过去的几个月里，Bellamy 与 van Herpen 合作，开发并改进了这种生物发光材料。并与阿姆斯特丹大学的 Schramma、Jalaal 合作，改进了这种材料的开发方法，成功在服装中创造了机械响应的生物发光元素，共计 35 步生物定制工艺。
目前，这种生物发光连衣裙无法商业化生产，藻类需要光照 8 小时，黑暗 8 小时的生长环境。据悉，在模拟其自然海洋栖息地的严格条件下储存，这件服装有望存活数月。
1.M. Jalaal, N. Schramma et al., Stress-Induced Dinoflagellate Bioluminescence at the Single Cell Level, Physical Review Letters 125 (2020) 028102.
2.C. Li, N. Schramma et al., Ultrasensitive and robust mechanoluminescent living composites, Science Advances 9 issue 42 (2023).
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