看科学家如何在水熊虫上雕“花”

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本报杭州5月8日电（记者刘习、陆健）“这些微小的‘文身’展现了超高精度的纳米加工技术和极佳的生物相容性，或将开启纳米级医疗设备甚至活体微型机器人的新时代。”近日，《自然》《科学》《发现》等37家海外科学媒体集中报道西湖大学将冰刻技术首次应用于活体水熊虫表面精准微纳加工相关成果。实验论文日前发表在《纳米快报》上。

“冰刻”是指用“冰”替换传统光刻加工用到的“光刻胶”。电子束打在冰层上能直接雕刻出冰模板，不再需要传统光刻那样使用化学试剂清洗来形成模具，规避了洗胶带来的污染。2020年岁末，西湖大学仇旻实验室研究者成功用水蒸气凝华形成的冰层取代传统光刻胶，在头发丝千分之一粗细的尺度上完成了雕刻。

所使用的“冰”既可以是日常所见的水冰，也可以是有机分子低温凝结形成的固体。这样的替换，为冰刻技术应用在活体生物上提供了契机。

之后，团队进一步探究微纳尺度的活体生物加工。水熊虫身长不足1毫米，在显微镜下放大100倍才勉强达到人类指甲盖大小。同时，水熊虫能够在-273℃到151℃的环境中存活，对极端脱水、强辐射、高压及有毒环境有很强的耐受力，成为本研究的“不二之选”。

隐生状态的水熊虫具有强抗逆性，更利于接受电子束“雕刻”。要展开实验，首先得让水熊虫进入隐生状态，此时水熊虫的代谢几乎停止。接着，隐生状态的水熊虫身上会被覆盖特制的纳米有机冰膜。实验开始后，通过电子束曝光，指定区域的纳米冰膜将被转变为常温稳定的固体图案。

从进入隐生状态，到覆盖上冰膜，再到电子束攻击，其中的每个步骤，实验人员都需要保护好水熊虫。只有这样，一只身披纳米图案的水熊虫才能在适宜的复苏条件下缓缓舒展身体。

“未来，我们或许能看到‘冰刻’技术在蜜蜂的复眼表面雕出纳米级光栅，研究它们如何看见紫外线；在珊瑚虫的触手刻上环境传感器，实时监测海洋酸化程度……这些科幻般的场景，将被一点一点‘刻’进现实。”本研究的第一作者杨治蓉说，这项将半导体制造与生物学结合的突破性技术，正在打开生物微观世界的新大门。