看科學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和極佳的生物相容性，或?qū)㈤_啟納米級醫(yī)療設備甚至活體微型機器人的新時代?！苯眨蹲匀弧贰犊茖W》《發(fā)現(xiàn)》等37家海外科學媒體集中報道西湖大學將冰刻技術首次應用于活體水熊蟲表面精準微納加工相關成果。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，也可以是有機分子低溫凝結(jié)形成的固體。這樣的替換，為冰刻技術應用在活體生物上提供了契機。
之后，團隊進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倍才勉強達到人類指甲蓋大小。同時，水熊蟲能夠在-273℃到151℃的環(huán)境中存活，對極端脫水、強輻射、高壓及有毒環(huán)境有很強的耐受力，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蘇條件下緩緩舒展身體。
“未來，我們或許能看到‘冰刻’技術在蜜蜂的復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’進現(xiàn)實?！北狙芯康牡谝蛔髡邨钪稳卣f，這項將半導體制造與生物學結(jié)合的突破性技術，正在打開生物微觀世界的新大門。（記者劉習 陸健）
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