將物體縮小1000倍技術誕生，用機器人粒子治癌或成真

據美國有線新聞網（CNN）報道，麻省理工學院(MIT)的研究人員本月宣布了一項新的研究成果，他們發明了一種利用激光將物體縮小到納米級的方法。MIT官網稱，雖然離漫威電影中隨時可以「變大變小」的原子戰衣還很遙遠，但他們可以把任何簡單的結構縮小到原來的千分之一。而且在未來，這項技術普通人也能很容易掌握。

多年來，人們一直試圖發明更先進的設備來製造更小的納米材料，但MIT的這項技術卻只用了最簡單的實驗設備，一束激光和一種吸水凝膠(通常用於嬰兒尿不濕中)，這是大多數生物和工程實驗室都擁有的材料。

這種被稱為「內爆製造」的微型化技術可以應用於多個領域，例如開發更小的顯微鏡和手機鏡頭，製造改善日常生活的微型機器人。

「可將任何材料變成納米級3D形狀」

據MIT官方網站消息，該研究成果已經刊登在12月13日的《科學》雜誌上，麻省理工大學神經技術教授、生物工程與大腦和認知科學副教授Edward Boyden是該研究成果的最主要作者之一，他也是麻省理工學院媒體實驗室、 麥戈文腦科學硏究所、科赫綜合癌症研究所的成員。另一位作者Adam Marblestone是媒體實驗室下屬的研究機構的成員。這篇論文的主要作者還包括研究生Daniel Oran和Samuel Rodriques。

Boyden說，「通過這種方法，幾乎可以將任何材料變成納米級的3D形狀。」

利用這項新技術，研究人員可以使用激光塑造任意形狀和結構的聚合物支架，把其他有用的材料附著到支架上，再將其收縮，由此產生僅為原始體積千分之一的納米級結構。

資料圖。圖據視覺中國

研究人員說，這些納米級微小結構，可以應用在光學、醫學、機器人等許多領域。更令人興奮的是， 這項技術使用的激光和水凝膠許多生物學和材料科學實驗室已經具備，想要嘗試這項技術的研究人員都可以利用實驗室已有的設備進行試驗。

現有的製造納米結構的技術存在很多局限性，用光在表面上蝕刻圖案可以產生2D納米結構，但不適用於3D結構。雖然可以通過逐層添加來製造3D納米結構，但是這個過程太過緩慢，而且頗具挑戰性。

而且，現有的方法雖然也可以直接進行納米級物體的3D列印，但僅限於聚合物和塑料等特殊材料，這些材料缺乏許多應用所需的功能特性。此外，它們只能生成自支撐結構。例如現有的技術可以製作出一個實心金字塔，但不能製作鏈條或空心球之類的物體。

神奇的「內爆製造」

為了克服這些限制，Boyden和他的學生決定採用他的實驗室幾年前開發的腦組織高解析度成像技術。這種技術被稱為膨脹顯微鏡，是將組織埋入水凝膠中使其膨脹，從而在常規顯微鏡下實現高解析度成像。

生物和醫學領域的數百個研究小組目前正在使用膨脹顯微鏡，因為它可以用普通的硬體實現細胞和組織的三維可視化。

通過逆轉這一過程，研究人員發現他們可以製造出大尺寸的物體，將其嵌入膨脹的水凝膠中，然後再縮小到納米尺度。他們將這種方法稱為「內爆製造」。

與膨脹顯微鏡技術採取的措施相似，研究者使用了一種吸水性很強的凝膠作為納米加工過程的支架，這種凝膠通常用於尿不濕中。利用雙光子顯微鏡，研究人員將熒光素分子附著在凝膠中的特定位置，熒光素分子充當錨點，可以與研究人員添加的其他類型的分子結合。

Boyden說，「你可以用激光把錨點固定在你想要的地方，然後把你想要的任何東西固定在錨點上。它可以是一個量子點，一段DNA，也可以是一個金納米粒子。」

「這有點像膠片攝影，將凝膠中的敏感材料暴露於光下，形成潛影。然後，可以通過附加另一種材料，讓潛影形成真實的圖像。」Daniel Oran解釋說。事實上，Daniel本身也是一位經驗豐富的攝影師。他說，通過這種方式，內爆製造可以創造出各種各樣的3D納米級結構，包括梯度結構、非連通結構和多材料結構。

一旦想要的分子附著在合適的位置，研究人員就會通過加入酸來縮小整個結構。這種酸阻止了凝膠中的負電荷，使它們不再相互排斥，從而使凝膠收縮。

「多年來，人們一直試圖發明更好的設備來製造更小的納米材料，但我們意識到，只要使用現有的設備，將材料嵌入這種凝膠中，就可以將它們縮小到納米級。」另一名研究人員Rodriques說。

普通人也容易掌握的技術

MIT的研究小組目前正在探索這項技術的潛在應用，他們預計最早的一些應用可能是在光學領域，例如，製造可以用來研究光的基本性質的特殊透鏡。這項技術還可以為手機攝像頭、顯微鏡或內窺鏡等應用製造更小、更好的鏡頭。

在更遠的將來，這種新方法在現實生活中還有很多很酷的用途，如科學家們正在探索在抗癌藥物中加入機器人微粒子，以便找出並「攻擊」癌細胞。而且MIT表示，這項技術未來還可以用來開發比現在電子晶元更小的「納米晶元」電子產品。

「你可以做各種各樣的事情。」Boyden說，「納米製造技術普及之後，有可能開闢我們尚未想像到的前沿領域。」

Boyden稱，許多實驗室都有設備來實現這種技術。圖據MIT官網

研究人員還表示，未來，這項技術普通人也很容易掌握，它甚至可以在家裡或學校使用，因為所有的材料都是無毒的。Rodriques說:「現在很難想像普通人能用它來做什麼。」

對於這項新技術，《科學》雜誌評價稱，雖然現在通過增材製造技術可以裝配各種材料，但這通常涉及組裝一系列堆疊層，這就限制了3D幾何形狀，而MIT的新方法在凝膠支架內就能製作出各種材料的納米級3D結構。

即便離電影中「變大變小」的原子戰衣幻想還非常遙遠，但人類又在微觀科學世界中，邁出了一大步。

紅星新聞記者丨蔣伊晉 編譯報道

編輯丨馮玲玲

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本文為紅星新聞（微信號：cdsbnc）原創

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