加州大学圣地亚哥分校(UCSD)的科学家使用与甲藻和单细胞微藻混合的水凝胶来制造非常坚固且对机械应力反应良好的机械发光活体复合材料。具有疏水涂层的活性复合材料可以在恶劣条件下持续五个月，同时保持机械发光。这些机械传感复合材料的灵感来自圣地亚哥海滩赤潮事件期间看到的生物发光波，在生物混合传感器和机器人技术中具有很大的应用潜力。

这项研究“超灵敏且坚固的机械发光活性复合材料”发表在《科学进展》上。

研究人员利用生物混合技术将生物与人造材料直接结合，制造出具有生物功能的设备。这些设备的例子包括机械性能可调的复合材料、生物混合执行器和机器人以及活体生化传感器。

尽管机械传感生物在自然界中很常见，但它们很少在实验室中制造，因为大多数生物混合系统都存在难以构建和维护、无法在恶劣环境中生存以及对刺激反应缓慢等问题。

加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院机械和航空航天工程博士生李成海和他在加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院机械和航空航天工程系教授蔡胜强博士实验室的同事制造了非常灵敏且坚固的机械发光活性复合材料。他们通过将甲藻嵌入柔软的、生物相容性的水凝胶基质中来做到这一点。甲藻以非常高的灵敏度(低至几帕斯卡)对机械应力保持自然的、几乎瞬时的发光响应。

这些活性复合材料具有疏水涂层，在恶劣条件下(如酸性和碱性溶液)可持续使用约五个月，几乎不需要维护。Li及其同事还将活性复合材料3D打印成具有高空间分辨率(~0.39毫米)的大型(~5厘米)机械发光结构。加州大学圣地亚哥分校的研究人员利用双网络水凝胶进一步增强了活性复合材料的机械性能。

最后，他们演示了软机器人技术与仿生软执行器群的应用，这些软执行器在磁驱动时发出彩色光。这些在移动时发光的活性复合材料不仅提供了一种研究大量甲藻生物发光的方法，而且还可以用于生物混合传感器和机器人技术。

尽管取得了令人鼓舞的结果，但在这些机械发光活性复合材料的实际应用之前，仍然存在一些需要进一步解决的局限性。值得注意的是，当前研究中使用的P.lunula甲藻只能维持在18°至27°C的温度下，但不能忍受极端的环境条件。此外，本研究中使用的水凝胶在一次又一次加载和卸载时会分解。这会导致不同周期的光发射发生变化，这对传感应用不利。

这些活性复合材料有多种应用。为了制造生物混合机器人，一种应用是将机械发光活体复合材料与光遗传学修饰的肌肉细胞结合起来。移动时发光的材料也可用于生物医学领域，例如用于精确药物释放的体内光源、光热疗法和光动力疗法。这些活性复合材料具有高度生物相容性，并且可以生物降解，可能适合生物医学应用。

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