无序材料如何产生颜色
结构色是由物理结构而非色素产生的颜色。在蛋白石这类有序材料中，颜色来自布拉格衍射：光波在规则间隔的层上反射，在特定波长上相互增强，层间距决定了色调。光子玻璃则不同。它们由紧密堆积的颗粒组成，只有短程有序，也就是说每个颗粒的邻居大致在相近的距离上，但整体排列没有长程规律。由于结构是各向同性的，颜色不随观察角度变化，这是一个很有吸引力的特性[1]。
同样的基本结构也出现在生物界。胶体玻璃、鸟类羽毛和甲虫鳞片都能呈现结构色，这些颜色来自散射中心之间的短程空间关联，而不是来自周期性晶格[1]。正是这种共同的物理原理，使得这三个截然不同的体系可以放在一起讨论：红色缺失的问题，问的是单个散射体如何行为，而不是某个生物体的生物学特性。
单个颗粒偏向蓝光，正是红色受阻的原因
关键解释在于，单个颗粒对颜色的散射并不均等。散射理论表明，单个颗粒往往把蓝光比红光更强地反向散射[1]。这种偏向来自颗粒内部类似腔体的模式，这些共振使颗粒对较短波长而言是更有效的镜子。因此，即使在颗粒组装成结构之前，构成单元就已经偏向蓝色了。
这种偏向与产生红色所需的结构共振相冲突。要从光子玻璃中得到红色，需要更大的颗粒和更大的特征间距，从而把结构共振推向更长的波长。但同样的颗粒仍然强烈地反向散射蓝光，两种效应相互作用，阻碍了纯净红色的产生[1]。实际后果在胶体玻璃中可见：当选择颗粒尺寸把结构色推向红色时，得到的颜色饱和度很弱[1]。换句话说，红色不是简单地被移出了可及范围，而是被稀释了。
甲虫鳞片和羽毛实际显示了什么
甲虫提供了一个生物学上的平行案例。甲虫鳞片含有无定形的纳米级光子结构，而迄今观察到的大多数甲虫鳞片都缺乏红色结构色[2]。同一来源指出，更长程的秩序对结构色有显著影响，这与更宏观的图景相符：无序的短程有序结构正是红色问题的所在[2]。
鸟类羽毛则更加多样。许多羽毛纳米结构是准有序的，而非严格周期性的，一些鸟类还演化出了更有序的三维光子晶体。例如，蓝翅叶鹎的羽枝中含有由β-角蛋白和空气组成的双连续单螺旋面网络，这些结构是从祖先的准有序通道型纳米结构演化而来的[3]。这说明有序结构确实出现在羽毛中，但这本身并不能解释红色。[1]中的散射论证针对的是无序的、不随角度变化的情况，因此应将其理解为对这一类材料的解释，而不是对每一种羽毛的解释。
能否通过设计让这些材料产生红色？
可以，至少在原理上可行，而且解释这一缺口的同一理论也指向了解决办法。研究人员利用该散射模型为胶体玻璃制定了设计规则，使其能够呈现红色、不随角度变化的结构色[1]。这是一个设计目标，而非已被证实的自然现象，但它意味着红色的缺失是散射体行为方式的结果，而不是根本性的禁止。
仿生制备已经在朝这个方向推进。一种方法模仿珍珠和鸟类羽毛，采用无序多层结构，不需要严格的周期性，并加入受鸟类羽毛中黑色素启发的宽带吸收材料，以选择性地抑制不需要的干涉[4]。通过调节这些吸收材料，研究人员报告了覆盖可见光范围的连续结构色光谱[4]。这与光子玻璃走的是不同的结构路线，因此并不推翻蓝光反向散射的解释；它表明其他无序设计可以通过管理吸收和干涉来达到红色，而不是去对抗单颗粒的散射偏向。
本文引用的文献
光子玻璃、鸟类羽毛和某些甲虫中红色结构色的缺失
散射理论表明，单个颗粒由于类似腔体的模式而把蓝光比红光更强地反向散射，这与结构共振相互作用，阻碍了光子玻璃、鸟类羽毛和甲虫鳞片中不随角度变化的红色，同时也为红色胶体玻璃提供了设计规则。
甲虫中的光子晶体
甲虫鳞片含有无定形的纳米级光子结构，大多数观察到的甲虫鳞片缺乏红色结构色，而更长程的秩序对结构色有显著影响。
鸟类羽毛中单螺旋面光子晶体的演化
蓝翅叶鹎的羽枝含有由β-角蛋白和空气组成的双连续单螺旋面光子晶体网络，这些网络是从祖先的准有序通道型纳米结构演化而来的。
受珍珠和鸟类羽毛启发的多重仿生结构色
受珍珠和鸟类羽毛启发的无序多层结构，结合受黑色素启发的吸收材料，无需严格周期性即可产生覆盖可见光范围的连续结构色光谱。
利用鸟类羽毛中的光子晶体研究激光作用
含有光子晶体的鹦鹉羽毛可作为随机激光器中的散射材料，光子晶体含量越高，激光阈值越低。