西湖大學(xué)教授仇旻團(tuán)隊(duì)在被譽(yù)為“地表最強(qiáng)生物”的水熊蟲(chóng)體表，實(shí)現(xiàn)了微納米級(jí)圖案的精確制備，并借助這些功能性圖案實(shí)現(xiàn)了對(duì)水熊蟲(chóng)運(yùn)動(dòng)的有效操控。這項(xiàng)研究擴(kuò)寬了傳統(tǒng)微納加工技術(shù)的應(yīng)用邊界，不僅完成了活體生物體表的功能化修飾，更實(shí)現(xiàn)了對(duì)微尺度生物運(yùn)動(dòng)的精確調(diào)控。日前，相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《納米快報(bào)》《科學(xué)通報(bào)》，并被《納米快報(bào)》選為封面文章。
相關(guān)研究成果被《納米快報(bào)》選為封面文章。課題組供圖
緩步動(dòng)物，俗稱(chēng)水熊蟲(chóng)，因其極端生存能力被譽(yù)為“地表最強(qiáng)生物”。這種微型生物能夠在-273℃至近100℃的溫度區(qū)間存活，并能抵御極端脫水、強(qiáng)輻射、高壓及有毒環(huán)境，成為研究團(tuán)隊(duì)探索微納加工在生物體系應(yīng)用的理想樣品。
在《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表的研究中，團(tuán)隊(duì)開(kāi)創(chuàng)性地采用半導(dǎo)體薄膜沉積技術(shù)，成功為水熊蟲(chóng)打造微米級(jí)“金屬紋身”。通過(guò)磁控濺射或電子束蒸發(fā)技術(shù)，研究人員在隱生狀態(tài)的水熊蟲(chóng)體表精準(zhǔn)沉積金屬薄膜。當(dāng)水熊蟲(chóng)復(fù)蘇時(shí)，其體表運(yùn)動(dòng)使金屬薄膜自然撕裂，形成獨(dú)特條紋圖案。不同金屬修飾可賦予水熊蟲(chóng)特異功能特性，例如經(jīng)磁性金屬修飾的水熊蟲(chóng)具備磁場(chǎng)響應(yīng)能力，研究人員能通過(guò)外部磁場(chǎng)調(diào)控其旋轉(zhuǎn)、滾動(dòng)及平移運(yùn)動(dòng)。
在《納米快報(bào)》發(fā)表的研究中，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出更精密的“冰刻紋身”技術(shù)，可為水熊蟲(chóng)量身定制納米級(jí)“碳質(zhì)紋身”。該技術(shù)首先在隱生水熊蟲(chóng)表面均勻沉積納米冰膜，隨后通過(guò)電子束曝光將特定區(qū)域的冰膜轉(zhuǎn)化為常溫穩(wěn)定的碳質(zhì)結(jié)構(gòu)。在適宜復(fù)蘇條件下，帶有這種“碳質(zhì)紋身”的水熊蟲(chóng)能夠成功恢復(fù)生命活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)表明，該碳質(zhì)結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的附著性能，可耐受拉伸、溶劑浸泡、沖洗及干燥等多種物理化學(xué)作用。與傳統(tǒng)的薄膜沉積技術(shù)相比，冰刻技術(shù)實(shí)現(xiàn)了原位加工，在圖案精度、附著穩(wěn)定性和生物相容性等方面均展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。
該研究開(kāi)創(chuàng)了針對(duì)活體生物（特別是緩步動(dòng)物）的微納加工新領(lǐng)域，不僅為極端環(huán)境生物的適應(yīng)性研究提供了全新工具，更展現(xiàn)了微納制造技術(shù)與生物科學(xué)深度交叉融合的巨大潛力。未來(lái)有望利用更多的微納加工方法，在生物體表面特定區(qū)域構(gòu)筑更加精細(xì)的圖案，并通過(guò)光、電、熱等多物理場(chǎng)調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)其生命活動(dòng)的精準(zhǔn)干預(yù)，在新型生物電子器件、仿生器件和活體微型機(jī)器人等前沿領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
相關(guān)論文信息：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c00378
https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.04.012Get rights and content
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