看科學(xué)家如何在水熊蟲上雕“花”
2025-05-12 11:26:32
來源：光明日報
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“這些微小的‘文身’展現(xiàn)了超高精度的納米加工技術(shù)和極佳的生物相容性，或?qū)㈤_啟納米級醫(yī)療設(shè)備甚至活體微型機(jī)器人的新時代。”近日，《自然》《科學(xué)》《發(fā)現(xiàn)》等37家海外科學(xué)媒體集中報道西湖大學(xué)將冰刻技術(shù)首次應(yīng)用于活體水熊蟲表面精準(zhǔn)微納加工相關(guān)成果。實驗論文日前發(fā)表在《納米快報》上。
“冰刻”是指用“冰”替換傳統(tǒng)光刻加工用到的“光刻膠”。電子束打在冰層上能直接雕刻出冰模板，不再需要傳統(tǒng)光刻那樣使用化學(xué)試劑清洗來形成模具，規(guī)避了洗膠帶來的污染。2020年歲末，西湖大學(xué)仇旻實驗室研究者成功用水蒸氣凝華形成的冰層取代傳統(tǒng)光刻膠，在頭發(fā)絲千分之一粗細(xì)的尺度上完成了雕刻。
所使用的“冰”既可以是日常所見的水冰，也可以是有機(jī)分子低溫凝結(jié)形成的固體。這樣的替換，為冰刻技術(shù)應(yīng)用在活體生物上提供了契機(jī)。
之后，團(tuán)隊進(jìn)一步探究微納尺度的活體生物加工。水熊蟲身長不足1毫米，在顯微鏡下放大100倍才勉強(qiáng)達(dá)到人類指甲蓋大小。同時，水熊蟲能夠在-273℃到151℃的環(huán)境中存活，對極端脫水、強(qiáng)輻射、高壓及有毒環(huán)境有很強(qiáng)的耐受力，成為本研究的“不二之選”。
隱生狀態(tài)的水熊蟲具有強(qiáng)抗逆性，更利于接受電子束“雕刻”。要展開實驗，首先得讓水熊蟲進(jìn)入隱生狀態(tài)，此時水熊蟲的代謝幾乎停止。接著，隱生狀態(tài)的水熊蟲身上會被覆蓋特制的納米有機(jī)冰膜。實驗開始后，通過電子束曝光，指定區(qū)域的納米冰膜將被轉(zhuǎn)變?yōu)槌胤€(wěn)定的固體圖案。
從進(jìn)入隱生狀態(tài)，到覆蓋上冰膜，再到電子束攻擊，其中的每個步驟，實驗人員都需要保護(hù)好水熊蟲。只有這樣，一只身披納米圖案的水熊蟲才能在適宜的復(fù)蘇條件下緩緩舒展身體。
“未來，我們或許能看到‘冰刻’技術(shù)在蜜蜂的復(fù)眼表面雕出納米級光柵，研究它們?nèi)绾慰匆娮贤饩€；在珊瑚蟲的觸手刻上環(huán)境傳感器，實時監(jiān)測海洋酸化程度……這些科幻般的場景，將被一點一點‘刻’進(jìn)現(xiàn)實。”本研究的第一作者楊治蓉說，這項將半導(dǎo)體制造與生物學(xué)結(jié)合的突破性技術(shù)，正在打開生物微觀世界的新大門。（記者劉習(xí) 陸健）
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