科學家為水熊蟲打造微米級“金屬紋身”

西湖大學教授仇旻團隊在被譽為“地表最強生物”的水熊蟲體表，實現了微納米級圖案的精確制備，并借助這些功能性圖案實現了對水熊蟲運動的有效操控。這項研究擴寬了傳統微納加工技術的應用邊界，不僅完成了活體生物體表的功能化修飾，更實現了對微尺度生物運動的精確調控。日前，相關研究成果分別發表在《納米快報》《科學通報》，并被《納米快報》選為封面文章。

緩步動物，俗稱水熊蟲，因其極端生存能力被譽為“地表最強生物”。這種微型生物能夠在-273℃至近100℃的溫度區間存活，并能抵御極端脫水、強輻射、高壓及有毒環境，成為研究團隊探索微納加工在生物體系應用的理想樣品。

在《科學通報》發表的研究中，團隊開創性地采用半導體薄膜沉積技術，成功為水熊蟲打造微米級“金屬紋身”。通過磁控濺射或電子束蒸發技術，研究人員在隱生狀態的水熊蟲體表精準沉積金屬薄膜。當水熊蟲復蘇時，其體表運動使金屬薄膜自然撕裂，形成獨特條紋圖案。不同金屬修飾可賦予水熊蟲特異功能特性，例如經磁性金屬修飾的水熊蟲具備磁場響應能力，研究人員能通過外部磁場調控其旋轉、滾動及平移運動。

在《納米快報》發表的研究中，團隊開發出更精密的“冰刻紋身”技術，可為水熊蟲量身定制納米級“碳質紋身”。該技術首先在隱生水熊蟲表面均勻沉積納米冰膜，隨后通過電子束曝光將特定區域的冰膜轉化為常溫穩定的碳質結構。在適宜復蘇條件下，帶有這種“碳質紋身”的水熊蟲能夠成功恢復生命活動。實驗表明，該碳質結構具有優異的附著性能，可耐受拉伸、溶劑浸泡、沖洗及干燥等多種物理化學作用。與傳統的薄膜沉積技術相比，冰刻技術實現了原位加工，在圖案精度、附著穩定性和生物相容性等方面均展現出顯著優勢。

該研究開創了針對活體生物（特別是緩步動物）的微納加工新領域，不僅為極端環境生物的適應性研究提供了全新工具，更展現了微納制造技術與生物科學深度交叉融合的巨大潛力。未來有望利用更多的微納加工方法，在生物體表面特定區域構筑更加精細的圖案，并通過光、電、熱等多物理場調控實現對其生命活動的精準干預，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域有廣闊的應用前景。

相關論文信息：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c00378

https://doi.org/10.1016/j.scib.2025.04.012Get rights and content