據外媒報導，幾十年來，創造選擇性多孔材料的想法一直吸引著化學家的注意力。現在，來自美國西北大學的新研究表明，真菌可能數百萬年來一直在做這樣的事情。當Nathan Gianneschi的實驗室著手合成黑色素，模仿某些已知居住在不尋常的不利環境（包括宇宙飛船、洗碗機，甚至切爾諾貝利）中的真菌所形成的黑色素時，他們最初並沒有想到這種材料會被證明是高度多孔的–這種特性使材料能夠存儲和捕獲分子。

在整個生物體內，我們的皮膚和眼睛背面都發現了黑色素，並作為許多動物和植物的色素。它還在保護物種免受環境壓力方面發揮著作用。例如，龜頭海蛇的條紋在污染的水中會變黑；生活在工業區的飛蛾在細胞吸收煙塵中的毒素後會變成黑色。研究人員想知道，是否可以讓這種生物材料更像海綿，以優化這些特性。而反過來，自然界中是否已經存在海綿狀的黑色素。

“黑色素的功能並不是在所有時間和所有情況下都完全清楚，”該研究的作者Gianneschi說。“它當然是人類皮膚中的自由基清除劑，並能防止紫外線傷害。現在，通過合成，我們偶然發現了這種令人興奮的材料，它很可能存在於自然界中。真菌可能會製造這種材料來增加它們細胞的機械強度，但卻是多孔的，允許營養物質穿過。”

該研究將於2021年3月5日發表在《美國化學會雜誌》上。

在實驗室中創造這種材料的能力是令人鼓舞的，原因有很多。在典型的無孔材料中，顆粒只在表面吸附。但像別緻素這樣的多孔材料可以吸收和保持不良毒素，同時讓空氣、水和營養物質等好東西通過。這可能允許製造商為製服創造透氣，保護性塗層。

“你總是因為發現一些潛在有用的東西而感到興奮，”Gianneschi說。“但也有一個有趣的想法，即通過發現這一點，也許更多這樣的材料已經存在於生物學中。化學合成導致生物發現的例子並不多。大多數情況下都是反過來的。”

實驗室的研究生研究員、論文的第一作者Naneki McCallum曾注意到，在合適的條件下，黑色素似乎是中空的，或者可以讓黑色素包含電子顯微鏡下看起來像空洞的東西。當團隊遇到這種合成材料時，他們開始實驗材料的多孔性和選擇性，以吸附這些空隙中的分子。

在一次關鍵的演示中，該團隊與海軍研究實驗室的研究人員合作，能夠證明新的多孔黑色素會起到保護塗層的作用，防止神經氣體的模擬物通過。在這一結果的啟發下，他們又從真菌細胞中分離出天然存在的黑色素。這是通過從內部蝕去生物材料，留下一個含有黑色素的外殼來實現的。他們將這些結構稱為“真菌幽靈”，因為這種難以捉摸的中空形狀具有”卡斯伯（Casper） “般的品質。這種源自真菌的材料，還可以反過來作為織物的保護層。值得注意的是，這種材料能保持透氣性，讓水通過，同時又能捕捉毒素。

這種材料的另一個好處是它的簡單性，因為它很容易從簡單的分子前體中生產和放大。未來，它可以用來製作防護口罩和麵罩，並有可能應用於長距離太空飛行。太空中的塗層材料將允許宇航員儲存他們呼吸出來的毒素，同時保護自己免受有害輻射，從而減少浪費和重量。

這也是向選擇性膜邁出的一步，這是一個高度複雜的研究領域，旨在採取像水這樣的化合物，並允許健康的礦物質通過，同時阻止汞等重金屬。

“真菌可以在其他生物掙扎的地方茁壯成長，它們有黑色素來幫助它們做到這一點，”McCallum說。“所以，我們問，我們可以通過在實驗室中重新創造這樣的材料來利用哪些特性？”