科羅拉多大學 Boulder 研 3D 打印水凝膠 延長 Pyrocystis lunula 藻類生物發光

科羅拉多大學博爾德分校（University of Colorado Boulder）的研究人員開發出一種方法，能夠「維持」藻類的生物發光，從而可能以活的光源取代有毒化學品和電力。他們找出讓這些生物發光遠超自然預期的持續時間。研究團隊利用化學溶液而非物理攪動，維持 Pyrocystis lunula 藻類的生物發光。在這項新研究中，這些生物被嵌入 3D 列印的水凝膠中，製成持續發亮近半小時的活體結構，並可維持數週存活。

若能擴大規模，這可能成為未來碳負排放的照明替代方案。「這項目是一個登月計劃（moonshot idea），」土木、環境及建築工程系教授 Wil Srubar 表示。「我好奇能否創造一個不用電力的世界，而是利用生物產生光源。這項發現真正為工程其他活體光材料和裝置鋪路。」

藻類實驗

生物發光發生於生物如海洋藻類 Pyrocystis lunula 透過內部化學反應產生光。然而，在野外，這些藻類猶如海洋的內向者，只有在受到干擾如海浪衝擊或船體碰撞時才會發光。這些閃光雖明亮卻短暫，僅持續不到一秒。Srubar 及其團隊想知道能否克服物理攪動，利用化學方法「維持」發光。 研究人員實驗藻類環境，發現改變 pH 值——特別是使用類似番茄汁的酸性溶液——可引發持續高達 25 分鐘的發光。

從瞬間閃光轉為延長照明，顯示化學可充當「光開關」，將這些光合生物轉化為未來技術的長效碳吸收光源。 為將生物發光藻類轉為實用技術，研究人員將細胞懸浮於生物相容水凝膠中，並利用 3D 列印製成複雜發光結構。之後，透過施加酸性或鹼性溶液，即可在整個材料上激活持續藍光。藻類存活列印過程。值得注意的是，藻類在凝膠環境中保持健康活躍數週。即使使用一個月，經酸性刺激者仍維持初始亮度 75%。

「當我們找到正確化學刺激劑，讓光持續長時間時，那是非常激動的時刻，」首位作者兼土木、環境及建築工程系研究助理 Giulia Brachi 表示。「這是我們首次找出維持發光的方法。」 ### 未來應用 這些藻類以陽光、海水和 CO2 維生，代表能淨化空氣的照明來源。研究人員設想未來自主水下機器人利用發光皮膚在深海導航，無需笨重電池。這些活體材料亦可作為水質安全的「金絲雀」，在特定毒素存在時發光更亮或變暗。

目前，團隊正尋找更多化學觸發劑，並探索對這些微小發光夥伴的控制程度。若成功，未來光源將既明亮又充滿生機。研究發表於《Science Advances》期刊，日期為 5 月 6 日。