提到發光材料，人們首先想到的，往往是實驗室高溫燒結得到的稀土熒光粉，或是石油基合成高分子材料。北京林業大學研究團隊另辟蹊徑，利用真菌活體的“自行組裝”實現了發光材料的環保制備。近日，該校生態與自然保護學院崔寶凱教授、司靜教授團隊聯合材料科學與技術學院彭鋒教授、呂保中副教授團隊，提出“生物生長自組裝”策略：以白腐真菌絨毛栓孔菌（Trametes pubescens）的菌絲體（MTP）為基質，通過一步培養，制備出具備室溫磷光（RTP）特性的全色發光菌絲體材料。

RTP材料憑借長壽命、大斯托克斯位移、高激子利用率等優異特性，在信息加密、防偽、生物成像等領域展現了巨大應用潛力。但現有材料體系仍存在明顯短板：傳統無機RTP材料高度依賴稀土或重金屬資源，面臨資源稀缺、制備成本高、合成條件苛刻、存在潛在環境毒性等問題；有機RTP材料雖可規避上述短板，卻大多需要石油衍生原料，制備工藝繁瑣，可持續性差。利用纖維素、木質素等天然生物質基質制備RTP材料已成為當前可持續材料領域的重要研究方向。然而，為提升RTP性能，仍需對生物質原料開展化學修飾、拆解重組等復雜處理。如何開發真正綠色、經濟、可規?；闹苽浼夹g，一直是該領域亟待破解的難題。

受自然界生物發光現象啟發，研究團隊創新提出了生物生長自組裝策略：在液體培養基中加入水溶性磺酸基發色團，真菌菌絲在生長過程中將發色團如同“攝入營養”一般吸收進菌絲球內部（圖1）。菌絲體自身富含多糖、蛋白質等天然高分子，為發色團構筑剛性三維限域環境，同時形成致密的氫鍵網絡，有效抑制發色團非輻射躍遷過程，穩定三線態激子，最終實現高效RTP發射。

圖1 生物生長自組裝策略示意圖

生物生長自組裝過程條件溫和簡單：在28°C避光搖瓶共培養7天，發色團即可被活體菌絲原位復合，吸收率可達53%–97%。值得關注的是，磺酸類發色團還能充當“營養劑”，促進菌絲生長、胞外多糖分泌，二者呈現協同生長效應；加入發色團后，菌絲球的宏觀、微觀形貌均未發生明顯改變。

通過調控發色團的π共軛程度，團隊成功實現了從藍色到紅色的全色余輝可調：選取2-氨基-1,4-苯二磺酸（BZS）、4,4′-聯苯二磺酸（BPS）、1,5-萘二磺酸（NLS）、1,8-萘二甲酸酐-4-磺酸（NAS）、1-芘磺酸（PYS）五種發色團，制備得到系列菌絲體RTP材料，余輝顏色依次呈現藍、青、綠、黃、紅，磷光壽命范圍為200–910ms，其中NLS–MTP的綠色余輝可持續超過8s（圖2）。該材料還表現出激發波長依賴的變色磷光特性，為多維信息防偽提供了新的技術途徑。

圖2 菌絲體RTP材料的光物理特性

機制解析表明，菌絲體內的蛋白質是發色團的關鍵“錨定位點”。分子動力學模擬結果顯示，磺酸基發色團與蛋白質（以聚丙氨酸分子為模型）之間平均可形成9.45個穩定氫鍵；多糖（以葡聚糖分子為模型）則通過大量弱氫鍵進一步增強基質環境剛性，二者協同作用，抑制發色團分子振動。系列對照實驗證明，只有在菌絲生長過程中動態形成的完整三維活體網絡，才能夠實現高效分子限域；若將發色團簡單吸附到已成型的菌絲球表面，或是高壓滅菌破壞菌絲結構后再負載發色團，材料磷光性能均會大幅衰減甚至消失。

這種“長”出來的發光材料兼具可加工、可循環、可降解多重優勢。菌絲球勻漿后，可通過規?；瘽茶T工藝制成“蘑菇紙”；材料廢棄后剪碎，加入熱水重新分散，即可回收再加工。漿料本身黏附性能優異，既可以澆鑄成花、貓、蘑菇等多種造型發光裝飾物；也可以制備全色“彩紙”，以水作為發光淬滅墨水，通過熱恢復特性可實現重復使用的防偽書寫。在環境條件下放置35天，該材料磷光強度幾乎無衰減，穩定性良好（圖3）。

圖3 菌絲體RTP材料的潛在應用

環境友好是本體系最突出的亮點。土壤埋藏實驗表明，菌絲體RTP材料約35天即可被土壤微生物完全降解，降解效率遠高于聚氯乙烯塑料。更具吸引力的是，降解產物不僅環保無毒，還能夠顯著提高土壤pH、有機質、氮、磷、鉀等肥力指標；種植小白菜的對照實驗顯示，實驗組小白菜株高、葉寬等生長指標顯著優于對照組，真正實現了“用后歸土、沃土促生”。生命周期評估結果進一步證實，該材料各類環境影響指標均顯著優于代表性有機、無機磷光對照材料。

該研究為開發綠色、可再生、可降解的RTP材料提供了全新策略，也為拓展真菌在功能光學領域的應用開辟了新路徑。相關成果以“Biological growth self-assembly of mycelia enables eco-friendly full-color room-temperature phosphorescence materials via internalized confinement”為題，發表在綜合性期刊國家科學評論National Science Review（一區Top，IF=18.102）。

北京林業大學生態與自然保護學院司靜教授、崔寶凱教授，材料科學與技術學院呂保中副教授為本文共同通訊作者；北京林業大學生態與自然保護學院博士生李欣為論文第一作者。研究還得到北京林業大學材料科學與技術學院彭鋒教授、中國石化（北京）化工研究院李鵬宇老師、北京大學分析測試中心陳明星老師的支持與幫助。研究得到了國家自然科學基金（32470002、32270016、32325001、22308028）、北京市科技新星計劃（20230484322、20250484946）、中央高校優秀青年團隊項目（QNTD202509）資助。

來源：易菇網