剛柔結合出奇“材”??美專家巧用沾筆納米光刻技術獲得生物超材料

　　你或許沒有想過將堅硬的金屬或半導體與柔軟的有機物或生物產品結合起來會是何種情景，不過美國科學家可以告訴你的是，他們獲得了自然界從沒有見過的混合材料，而這些混合材料在醫學和制造業中將具有驚人的應用前景。

　　美國佛羅里達州立大學綜合納米研究所(INSI)的科學家完成了這項開創性的工作。在2010年4月出版的《自然?納米技術》雜志上，綜合納米科學研究所新成員、生物學家史蒂文?勒恩荷特作為主要作者，與同事們共同發表了相關的研究文章。

　　一類全新物質這樣誕生

　　這篇題為《脂質多層光柵》的文章介紹了勒恩荷特本人過去在德國明斯特大學和卡爾斯魯厄工學院時設計出的基于沾筆納米光刻(Dip-Pen Nanolithography, 簡寫為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”在固體物質表面上勾畫納米級圖形的技術。勒恩荷特將沾筆納米光刻經過改進，讓它成為一種讓柔性材料(作為墨水)與堅硬材料結合從而形成新材料的工藝。

　　實驗中，研究人員通過自上而下及自下而上的制造方法，讓多種柔性納米級物質按需要以任意圖案被“刻寫”在預備好的結構物質表面，形成結構復雜的材料和器件。譬如，用該工藝對脂質材料進行操作，他們獲得了易溶性光學衍射光柵。衍射光柵由多層脂質組成，高度被控制在5納米至100納米之間。

　　勒恩荷特說，將柔性材料與硬性材料結合，他們獲得了從本質上講可以說是全新的一類物質，事實上它們就是學術界所稱的生物超材料(biometamaterial )，它們并不存在于自然界中。這類材料的行為如同生物傳感器，通過將敏感生物元素和物理器件結合起來，能現場檢測生物制劑的存在與否。

　　新材料應用范圍廣闊

　　科學家表示，用生物納米技術和沾筆納米光刻技術制造的新材料，不僅能用于醫學診斷，而且可用于需要材料的任何領域，從人體組織工程到藥物開發以及計算機芯片制造。

　　目前最有可能實現的是新材料在醫學診斷領域的應用，科學家設想利用新材料生產出便于攜帶、價格便宜和用后可丟棄的芯片，并將其安裝在手機中用于醫學診斷。當前的診斷工作需要人們前去醫院看醫生并將樣品交給化驗室進行檢驗。未來的診斷芯片作為人們常說的“芯片實驗室”，能夠就地快速地分析血樣或尿樣，這類同于家用懷孕檢測法。不過，科學家同時表示，其他種類的檢測仍需要先進的化驗室或實驗室。

　　跨學科團隊的協同創新

　　今年32歲的勒恩荷特出生在美國鹽湖城，2004年在德國明斯特大學獲得博士學位。在加入佛羅里達州立大學前，他一直是德國納米科學研究小組的帶頭人。在2009年一次會議上，他無意中看到了佛羅里達州立大學散發的有關綜合納米科學研究所的宣傳單，其上的內容深深地打動了他，并促使他接受佛羅里達州立大學的聘請，回國進入該大學的綜合納米科學研究所。

　　綜合納米科學研究所集中了大學多個系不同學科的優秀人才，他們從事的領域包括細胞和分子生物學、化學和生物化學、材料科學、化學工程和生物醫學工程，以及物理學。這種跨學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家合作從事著尖端科學技術的研究。

　　勒恩荷特說：“我有幸在攻讀研究生時有機會游學于不同的院系和學科，其中包括生物系、醫學系、化學系和物理系。我覺得解決特殊問題的途徑也許就在不遠處。綜合納米科學研究所基于跨學科團隊協同工作的原則，這是我喜歡它的原因。”

　　勒恩荷特在生物納米技術和沾筆納米光刻技術領域所做的開創性研究工作受到全球同行的認可。大學教授布萊恩特?切斯認為，勒恩荷特并非屬于傳統的生物學家，他是在今天從事未來的生物學研究。他在納米技術和生物學領域接受的訓練幫助他采用以前無法完成的新奇實驗，來解答生物學的問題。他正在設計的新工具在科學和醫學領域具有前所未有的應用前景。