科学家在纳米技术突破中“纹身”缓步动物

快速阅读: 《科学警报》消息，科学家利用冰光刻技术在缓步动物身上纹下纳米级图案，40%的实验对象存活。此技术有望推动微型生物传感器、仿生设备及活体机器人发展。研究发表于《纳米快报》。

一种新技术使研究人员能够在活体缓步动物微小的身体上纹身。这项技术的目的并非让这些显微镜下已经够酷的小家伙变得更酷，而是帮助科学家制造超小型生物兼容设备，例如传感器、集成电路，甚至是纳米级的活体机器人。

此外，这一过程展现了缓步动物令人惊叹的韧性：一些（但不是全部）缓步动物在经历这一过程后仍能存活，并像迷你硬汉一样四处走动。一些纹在缓步动物身上的图案。

在微小物体和表面上刻蚀图案的能力是纳米技术发展的重要组成部分。在将现有技术转化为纳米尺度以用于材料工程方面已经取得了很大进展，但在极小的生物体上放置高分辨率图案仍然是一个挑战。

为了给缓步动物纹身，赵和他的同事们采用了一种名为冰光刻的技术。这是一种电子束光刻的形式，在这种技术中，一束电子被发射到目标物上，以在表面刻蚀出纳米级的图案。在具有非常精细图案的表面上，裸露的电子束光刻可能会引入污染或损坏。科学家们发现，在电子束和表面之间放置一层非常薄的冰可以防止这种情况发生，使得刻蚀的尺寸可以小至20纳米以下。平均而言，一根人类头发大约有80,000到100,000纳米宽。而缓步动物的长度可达约500,000纳米。

缓步动物以其几乎不可摧毁的能力而闻名，这与其隐生状态有关。当环境条件变得不利时，缓步动物会脱水并进入一种称为隐生的代谢暂停状态，以便在条件恢复正常时复苏。隐生状态下的缓步动物能够承受极端条件，包括冷冻和高温。

简化后的纹身过程示意图。

赵的团队首先诱导他们的缓步动物进入隐生状态，之后将其储存起来，直到轮到它们接受电子束照射。每次仅处理一只缓步动物，以减少它们暴露在实验条件下的时间。每只缓步动物都被放置在一个真空室内的碳复合纸片上，然后冷却至-143摄氏度（-226华氏度）。一层茴香醚（一种无色液体化合物，闻起来像茴香）被覆盖在冷却后的缓步动物身上，作为保护它免受电子束影响的冰层。当电子束射出时，茴香醚反应形成一种新的化合物，粘附在缓步动物的皮肤上。当缓步动物在真空室中升温时，精细雕刻的图案仍然存在，细节小至72纳米。

然后，科学家们取出每只缓步动物，重新补水并尝试复苏。40%的缓步动物在手术后存活下来，并能正常移动，展示它们的新纹身。即便在拉伸、浸泡、清洗和干燥等情况下，标记仍然保持原样。

研究者在论文中指出：“本研究成功展示了使用冰光刻技术在活体生物上原位制造微/纳米图案。”

现在，缓步动物比大多数生物更能经受各种艰难困苦；其他生命形式可能无法承受这一过程。然而，这项研究只是第一步。既然科学家们知道这是可行的，他们可以调整技术以提高生存率。

研究小组总结道：“除了缓步动物，我们的方法也可能适用于其他具有高抗压能力或适合低温保存的生物。”

“我们预计，在微观和纳米尺度上将更多微/纳米制造技术与生物学相关系统相结合将进一步促进微生物传感、仿生装置及活体微型机器人等领域的发展。”

该研究发表于《纳米快报》。

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