揭開魟魚電藍色之謎

香港城市大學（城大）的研究人員發現藍斑條尾魟（Ribbontail Stingrays）產生鮮豔的藍色皮膚的獨有機制。這項發現揭示了自然界通過納米結構的特定排列創造鮮豔色彩，此過程名為「結構色」（Structural Coloration）。這項研究亦深入探討了自然光學的奧妙，展現新的色彩製造方法，啟發團隊在各種物料上研發能製造堅固、無化學色彩的新技術。

自然界的色彩調色板的繽紛多樣令人超乎想像，其中藍色通常是透過極小尺寸（納米）尺度的光反射結構所產生，而非由色素產生。這些納米結構能產生鮮豔的色彩結構，例如可以在蝴蝶翅膀、孔雀羽毛和花朵上找到，其納米結構的排序方式，在色彩呈現上扮演關鍵的作用。雖然有序的結構會產生隨視角變化的彩虹顏色，如蜂鳥的羽毛，但一些自然結構藍色不會隨視角變化，令它們成為了解大自然如何演變和建立穩定顏色的有趣模型。

城大傳染病及公共衞生學系副教授Mason Dean教授和Amar Surapaneni博士後研究員領導的最近一項研究，透過藍斑條尾魟的皮膚斑點來探討此難題。團隊發現，無論從任何視角觀察魚身，斑點都呈現出一致的電藍色調。

藍斑條尾魟亮麗的電藍色斑點。藍色斑點不僅在動物的自然環境中作為視覺信號，而且還可以啟發新型仿生材料應用的靈感。（圖片來源：Morgan Bennett-Smith）

帶領這次研究的Dean教授指出：「我們發現，這種獨特的藍色是由特定的皮膚細胞產生，這些細胞具有穩定的三維（3D）排列的納米級球體，其中包含反射納米晶體（類似於懸浮在珍珠奶茶中的珍珠）。有趣的是，這些納米級球體既不完全有序，也不完全無序；它們處於一種中間狀態，稱為『準序（quasi-order）』。」

這種部分有序的排列只反射藍色，而其無序性有助於將藍色波長向所有方向偏轉 ── 因此，無論觀察角度如何，所見到的顏色都保持不變。為了消除任何多餘的顏色，產色顏色的細胞下有一層厚厚的黑色素層，吸收了所有其他波長，從而產生了極亮的藍色皮膚。

這項在魟魚中發現的新型藍色機制，是對鯊魚和魟魚中結構色的首次描述，說明了大自然如何利用其相對於工程材料來說，相當有限的材料工具包，以多樣的結構組合來產生顏色。

Dean教授表示：「這些材料的設計或排列對每種植物或動物都是十分獨特，理解大自然產生鮮豔色彩的方式非常引人入勝」，特別是負責魟魚顏色的結構設計和物理原理，是對仿生紡織品、柔性顯示器、屏幕和感測器等彈性軟材料上，產生堅固、無化學色彩的絕佳模型。

這項由城大與奧地利、德國和比利時研究人員合作的研究成果，已在《Advanced Optical Materials》期刊上發表，題為“Ribbontail Stingray Skin Employs a Core–Shell Photonic Glass Ultrastructure to Make Blue Structural Color”。該研究得到了大學教育資助委員會的優配研究金支持。

研究團隊亦即將於《Frontiers in Cell and Developmental Biology》期刊上發表另一篇，題為 “Intermediate filaments spatially organize intracellular nanostructures to produce the bright structural blue of ribbontail stingrays across ontogeny”。

如有查詢，歡迎聯絡城大傳染病及公共衞生學系副教授Mason Dean教授（電郵：mndean@cityu.edu.hk）。