当内森·吉安内斯基(Nathan Gianneschi)的实验室开始合成黑色素，模仿某些真菌形成的黑色素，这些真菌已知生活在不寻常的恶劣环境中，包括宇宙飞船、洗碗机甚至切尔诺贝利，他们最初并没有预料到这种材料会被证明具有高度多孔性——这种特性使材料能够储存和捕获分子。

人们在生物体中发现了黑色素，在我们的皮肤和眼睛后部，以及许多动植物的色素中都发现了黑色素。它还在保护物种免受环境压力方面发挥作用。例如，龟头海蛇的条纹在受到污染的水中会变暗;生活在工业区的飞蛾由于细胞吸收烟尘中的毒素而变黑。研究人员想知道这种生物材料是否可以做得更像海绵，以优化这些特性。反过来，海绵状黑色素是否已经存在于自然界。

该研究的通讯作者吉安内斯基说:“黑色素的功能并不总是在所有情况下都被完全了解。”“它当然是人体皮肤的一种根治性清除剂，可以防止紫外线的伤害。现在，通过合成，我们偶然发现了这种令人兴奋的材料，它很可能存在于自然界中。真菌可能会制造这种材料来增加它们细胞的机械强度，但它是多孔的，允许营养物质通过。”

这项研究将于3月5日星期五发表在《科学》杂志上美国化学学会杂志。

Gianneschi是温伯格艺术与科学学院的Jacob and Rosaline Cohn化学教授。Gianneschi在麦考密克工程学院的材料科学和生物医学工程系任职，同时也是国际纳米技术研究所的副主任。

在实验室中创造这种材料的能力是令人鼓舞的，原因有很多。在典型的无孔材料中，颗粒只在表面表面吸附。但像异黑素这样的多孔材料会吸收并保留不受欢迎的毒素，同时让空气、水和营养物质等有益物质通过。这可以让制造商为制服制造透气的防护涂层。

Gianneschi说:“当你发现一些可能有用的东西时，你总是很兴奋。”“但也有一个有趣的想法，通过发现这个，也许生物学中已经存在更多这样的材料。爱博网投领导者化学合成导致生物学发现的例子并不多。大多数情况下是相反的。”

实验室的研究生研究员、论文的第一作者纳内基·麦卡勒姆(Naneki McCallum)注意到，在适当的条件下，黑色素看起来是中空的，或者可以被制成含有电子显微镜下看起来像空洞的东西。当团队遇到合成材料时，他们开始试验材料在这些空隙中吸附分子的孔隙度和选择性。

在一次关键的演示中，该团队与海军研究实验室的研究人员合作，证明了这种新型多孔黑色素可以起到保护涂层的作用，防止神经毒气的模拟物通过。受此结果的启发，他们从真菌细胞中分离出自然产生的黑色素。这是通过从内部蚀刻掉生物材料，留下一个含有黑色素的外壳来完成的。他们称这些结构为“真菌幽灵”，因为它们难以捉摸，中空的形状像“鬼马小精灵”一样。这种从真菌中提取的材料也可以反过来用作织物的保护层。值得注意的是，这种材料保持透气，允许水通过，同时捕获毒素。

这种材料的另一个好处是它的简单性，因为它很容易从简单的分子前体中生产和缩放。未来，它可以用来制造防护口罩和面罩，并有可能应用于长途太空飞行。太空中的涂层材料可以让宇航员储存他们呼出的毒素，同时保护自己免受有害辐射的伤害，从而减少浪费和体重。

这也是向选择性膜迈出的一步，这是一个高度复杂的研究领域，旨在吸收像水这样的化合物，让健康的矿物质通过，同时阻止像汞这样的重金属。

麦卡勒姆说:“真菌可以在其他生物难以生存的地方茁壮成长，它们有黑色素来帮助它们做到这一点。”“所以，我们问，通过在实验室中重建这些材料，我们可以利用哪些特性?”

该研究由MURI通过空军科学研究办公室(AFOSR FA9550-18-1-0142)和国防威胁减少局(HDTRA1-19-19-1-0010)提供支持。