在半導體制造與生物學交匯的前沿領(lǐng)域，一項開創(chuàng)性科學突破發(fā)生在一只身長僅0.5毫米的水熊蟲上——西湖大學仇旻團隊采用創(chuàng)新冰刻技術(shù)首次在活體水熊蟲表面成功“紋身”。更令人驚嘆的是，完成這場精密“外科手術(shù)”后，這只水熊蟲仍舊活力滿滿。這張全世界最小的“紋身”入選《自然》雜志4月“最佳科學圖片”。
圖片上，水熊蟲身上紋著的波點狀圖案清晰可見。
傳統(tǒng)微納加工技術(shù)因其苛刻的工藝條件，難以與生物體兼容。例如，傳統(tǒng)光刻工藝依賴的化學顯影和去膠溶劑極易對生物體造成損害，而脆弱的生物體表面的不規(guī)則形貌特征，也常常讓常規(guī)光刻技術(shù)束手無策。
冰刻技術(shù)則是一種新型微納加工技術(shù)，適用于三維微納結(jié)構(gòu)的制造，能夠在簡化加工流程的同時提高對準精度，適用于敏感材料的精細加工，在半導體制造、量子器件和生物工程等前沿領(lǐng)域應(yīng)用前景巨大。
仇旻團隊創(chuàng)造性的將冰刻技術(shù)應(yīng)用到生物活體上，其開發(fā)出的“冰刻紋身”技術(shù)可為水熊蟲量身定制納米級“碳質(zhì)紋身”。在適宜的復蘇條件下，紋身后的水熊蟲能夠成功恢復生命活動。
實驗表明，這種特制的碳質(zhì)納米紋身既能承受強力拉伸、溶劑沖刷等考驗，又完美避開了對生物機體的損傷。與傳統(tǒng)的薄膜沉積技術(shù)相比，冰刻技術(shù)實現(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。
此外，團隊還開創(chuàng)性地采用半導體薄膜沉積技術(shù)，成功為水熊蟲打造了微米級的“金屬紋身”。不同金屬修飾可賦予水熊蟲特異功能特性，例如經(jīng)磁性金屬修飾的水熊蟲具備磁場響應(yīng)能力，研究人員能通過外部磁場調(diào)控其旋轉(zhuǎn)、滾動及平移運動。
仇旻團隊的研究開創(chuàng)了針對活體生物的微納加工新領(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)與生物科學深度交叉融合的巨大潛力。
研究團隊表示，未來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)筑更加精細的圖案，并通過光、電、熱等多物理場調(diào)控實現(xiàn)對其生命活動的精準干預(yù)，在新型生物電子器件、仿生器件和活體微型機器人等前沿領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
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