剛?cè)峤Y(jié)合出奇“材”??美專(zhuān)家巧用沾筆納米光刻技術(shù)獲得生物超材料

　　你或許沒(méi)有想過(guò)將堅(jiān)硬的金屬或半導(dǎo)體與柔軟的有機(jī)物或生物產(chǎn)品結(jié)合起來(lái)會(huì)是何種情景，不過(guò)美國(guó)科學(xué)家可以告訴你的是，他們獲得了自然界從沒(méi)有見(jiàn)過(guò)的混合材料，而這些混合材料在醫(yī)學(xué)和制造業(yè)中將具有驚人的應(yīng)用前景。

　　美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)綜合納米研究所(INSI)的科學(xué)家完成了這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的工作。在2010年4月出版的《自然?納米技術(shù)》雜志上，綜合納米科學(xué)研究所新成員、生物學(xué)家史蒂文?勒恩荷特作為主要作者，與同事們共同發(fā)表了相關(guān)的研究文章。

　　一類(lèi)全新物質(zhì)這樣誕生

　　這篇題為《脂質(zhì)多層光柵》的文章介紹了勒恩荷特本人過(guò)去在德國(guó)明斯特大學(xué)和卡爾斯魯厄工學(xué)院時(shí)設(shè)計(jì)出的基于沾筆納米光刻(Dip-Pen Nanolithography, 簡(jiǎn)寫(xiě)為DPN)的新工藝。沾筆納米光刻是一種用鋒利的筆狀工具和“墨水”在固體物質(zhì)表面上勾畫(huà)納米級(jí)圖形的技術(shù)。勒恩荷特將沾筆納米光刻經(jīng)過(guò)改進(jìn)，讓它成為一種讓柔性材料(作為墨水)與堅(jiān)硬材料結(jié)合從而形成新材料的工藝。

　　實(shí)驗(yàn)中，研究人員通過(guò)自上而下及自下而上的制造方法，讓多種柔性納米級(jí)物質(zhì)按需要以任意圖案被“刻寫(xiě)”在預(yù)備好的結(jié)構(gòu)物質(zhì)表面，形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜的材料和器件。譬如，用該工藝對(duì)脂質(zhì)材料進(jìn)行操作，他們獲得了易溶性光學(xué)衍射光柵。衍射光柵由多層脂質(zhì)組成，高度被控制在5納米至100納米之間。

　　勒恩荷特說(shuō)，將柔性材料與硬性材料結(jié)合，他們獲得了從本質(zhì)上講可以說(shuō)是全新的一類(lèi)物質(zhì)，事實(shí)上它們就是學(xué)術(shù)界所稱(chēng)的生物超材料(biometamaterial )，它們并不存在于自然界中。這類(lèi)材料的行為如同生物傳感器，通過(guò)將敏感生物元素和物理器件結(jié)合起來(lái)，能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)生物制劑的存在與否。

　　新材料應(yīng)用范圍廣闊

　　科學(xué)家表示，用生物納米技術(shù)和沾筆納米光刻技術(shù)制造的新材料，不僅能用于醫(yī)學(xué)診斷，而且可用于需要材料的任何領(lǐng)域，從人體組織工程到藥物開(kāi)發(fā)以及計(jì)算機(jī)芯片制造。

　　目前最有可能實(shí)現(xiàn)的是新材料在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域的應(yīng)用，科學(xué)家設(shè)想利用新材料生產(chǎn)出便于攜帶、價(jià)格便宜和用后可丟棄的芯片，并將其安裝在手機(jī)中用于醫(yī)學(xué)診斷。當(dāng)前的診斷工作需要人們前去醫(yī)院看醫(yī)生并將樣品交給化驗(yàn)室進(jìn)行檢驗(yàn)。未來(lái)的診斷芯片作為人們常說(shuō)的“芯片實(shí)驗(yàn)室”，能夠就地快速地分析血樣或尿樣，這類(lèi)同于家用懷孕檢測(cè)法。不過(guò)，科學(xué)家同時(shí)表示，其他種類(lèi)的檢測(cè)仍需要先進(jìn)的化驗(yàn)室或?qū)嶒?yàn)室。

　　跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)的協(xié)同創(chuàng)新

　　今年32歲的勒恩荷特出生在美國(guó)鹽湖城，2004年在德國(guó)明斯特大學(xué)獲得博士學(xué)位。在加入佛羅里達(dá)州立大學(xué)前，他一直是德國(guó)納米科學(xué)研究小組的帶頭人。在2009年一次會(huì)議上，他無(wú)意中看到了佛羅里達(dá)州立大學(xué)散發(fā)的有關(guān)綜合納米科學(xué)研究所的宣傳單，其上的內(nèi)容深深地打動(dòng)了他，并促使他接受佛羅里達(dá)州立大學(xué)的聘請(qǐng)，回國(guó)進(jìn)入該大學(xué)的綜合納米科學(xué)研究所。

　　綜合納米科學(xué)研究所集中了大學(xué)多個(gè)系不同學(xué)科的優(yōu)秀人才，他們從事的領(lǐng)域包括細(xì)胞和分子生物學(xué)、化學(xué)和生物化學(xué)、材料科學(xué)、化學(xué)工程和生物醫(yī)學(xué)工程，以及物理學(xué)。這種跨學(xué)科人才的氛圍讓勒恩荷特感到振奮并印象深刻。目前他與研究所的其他科學(xué)家合作從事著尖端科學(xué)技術(shù)的研究。

　　勒恩荷特說(shuō)：“我有幸在攻讀研究生時(shí)有機(jī)會(huì)游學(xué)于不同的院系和學(xué)科，其中包括生物系、醫(yī)學(xué)系、化學(xué)系和物理系。我覺(jué)得解決特殊問(wèn)題的途徑也許就在不遠(yuǎn)處。綜合納米科學(xué)研究所基于跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)協(xié)同工作的原則，這是我喜歡它的原因?！?/P>

　　勒恩荷特在生物納米技術(shù)和沾筆納米光刻技術(shù)領(lǐng)域所做的開(kāi)創(chuàng)性研究工作受到全球同行的認(rèn)可。大學(xué)教授布萊恩特?切斯認(rèn)為，勒恩荷特并非屬于傳統(tǒng)的生物學(xué)家，他是在今天從事未來(lái)的生物學(xué)研究。他在納米技術(shù)和生物學(xué)領(lǐng)域接受的訓(xùn)練幫助他采用以前無(wú)法完成的新奇實(shí)驗(yàn)，來(lái)解答生物學(xué)的問(wèn)題。他正在設(shè)計(jì)的新工具在科學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有前所未有的應(yīng)用前景。