揭开魟鱼电蓝色之谜

香港城市大学（城大）的研究人员发现蓝斑条尾魟（Ribbontail Stingrays）产生鲜艳的蓝色皮肤的独有机制。这项发现揭示了自然界通过纳米结构的特定排列创造鲜艳色彩，此过程名为「结构色」（Structural Coloration）。这项研究亦深入探讨了自然光学的奥妙，展现新的色彩制造方法，启发团队在各种物料上研发能制造坚固、无化学色彩的新技术。

自然界的色彩调色板的缤纷多样令人超乎想象，其中蓝色通常是透过极小尺寸（纳米）尺度的光反射结构所产生，而非由色素产生。这些纳米结构能产生鲜艳的色彩结构，例如可以在蝴蝶翅膀、孔雀羽毛和花朵上找到，其纳米结构的排序方式，在色彩呈现上扮演关键的作用。虽然有序的结构会产生随视角变化的彩虹颜色，如蜂鸟的羽毛，但一些自然结构蓝色不会随视角变化，令它们成为了解大自然如何演变和建立稳定颜色的有趣模型。

城大传染病及公共卫生学系副教授Mason Dean教授和Amar Surapaneni博士后研究员领导的最近一项研究，透过蓝斑条尾魟的皮肤斑点来探讨此难题。团队发现，无论从任何视角观察鱼身，斑点都呈现出一致的电蓝色调。

蓝斑条尾魟亮丽的电蓝色斑点。蓝色斑点不仅在动物的自然环境中作为视觉信号，而且还可以启发新型仿生材料应用的灵感。（图片来源：Morgan Bennett-Smith）

带领这次研究的Dean教授指出：「我们发现，这种独特的蓝色是由特定的皮肤细胞产生，这些细胞具有稳定的三维（3D）排列的纳米级球体，其中包含反射纳米晶体（类似于悬浮在珍珠奶茶中的珍珠）。有趣的是，这些纳米级球体既不完全有序，也不完全无序；它们处于一种中间状态，称为『准序（quasi-order）』。」

这种部分有序的排列只反射蓝色，而其无序性有助于将蓝色波长向所有方向偏转──因此，无论观察角度如何，所见到的颜色都保持不变。为了消除任何多余的颜色，产色颜色的细胞下有一层厚厚的黑色素层，吸收了所有其他波长，从而产生了极亮的蓝色皮肤。

这项在魟鱼中发现的新型蓝色机制，是对鲨鱼和魟鱼中结构色的首次描述，说明了大自然如何利用其相对于工程材料来说，相当有限的材料工具包，以多样的结构组合来产生颜色。

Dean教授表示：「这些材料的设计或排列对每种植物或动物都是十分独特，理解大自然产生鲜艳色彩的方式非常引人入胜」，特别是负责魟鱼颜色的结构设计和物理原理，是对仿生纺织品、柔性显示器、屏幕和感测器等弹性软材料上，产生坚固、无化学色彩的绝佳模型。

这项由城大与奥地利、德国和比利时研究人员合作的研究成果，已在《Advanced Optical Materials》期刊上发表，题为“Ribbontail Stingray Skin Employs a Core–Shell Photonic Glass Ultrastructure to Make Blue Structural Color”。该研究得到了大学教育资助委员会的优配研究金支持。

研究团队亦即将于《Frontiers in Cell and Developmental Biology》期刊上发表另一篇，题为 “Intermediate filaments spatially organize intracellular nanostructures to produce the bright structural blue of ribbontail stingrays across ontogeny”。

如有查询，欢迎联络城大传染病及公共卫生学系副教授Mason Dean教授（电邮：mndean@cityu.edu.hk）。