科学家为水熊虫打造微米级“金属纹身”

西湖大学教授仇旻团队在被誉为“地表最强生物”的水熊虫体表，实现了微纳米级图案的精确制备，并借助这些功能性图案实现了对水熊虫运动的有效操控。这项研究扩宽了传统微纳加工技术的应用边界，不仅完成了活体生物体表的功能化修饰，更实现了对微尺度生物运动的精确调控。日前，相关研究成果分别发表在《纳米快报》《科学通报》，并被《纳米快报》选为封面文章。

缓步动物，俗称水熊虫，因其极端生存能力被誉为“地表最强生物”。这种微型生物能够在-273℃至近100℃的温度区间存活，并能抵御极端脱水、强辐射、高压及有毒环境，成为研究团队探索微纳加工在生物体系应用的理想样品。

在《科学通报》发表的研究中，团队开创性地采用半导体薄膜沉积技术，成功为水熊虫打造微米级“金属纹身”。通过磁控溅射或电子束蒸发技术，研究人员在隐生状态的水熊虫体表精准沉积金属薄膜。当水熊虫复苏时，其体表运动使金属薄膜自然撕裂，形成独特条纹图案。不同金属修饰可赋予水熊虫特异功能特性，例如经磁性金属修饰的水熊虫具备磁场响应能力，研究人员能通过外部磁场调控其旋转、滚动及平移运动。

在《纳米快报》发表的研究中，团队开发出更精密的“冰刻纹身”技术，可为水熊虫量身定制纳米级“碳质纹身”。该技术首先在隐生水熊虫表面均匀沉积纳米冰膜，随后通过电子束曝光将特定区域的冰膜转化为常温稳定的碳质结构。在适宜复苏条件下，带有这种“碳质纹身”的水熊虫能够成功恢复生命活动。实验表明，该碳质结构具有优异的附着性能，可耐受拉伸、溶剂浸泡、冲洗及干燥等多种物理化学作用。与传统的薄膜沉积技术相比，冰刻技术实现了原位加工，在图案精度、附着稳定性和生物相容性等方面均展现出显著优势。

该研究开创了针对活体生物（特别是缓步动物）的微纳加工新领域，不仅为极端环境生物的适应性研究提供了全新工具，更展现了微纳制造技术与生物科学深度交叉融合的巨大潜力。未来有望利用更多的微纳加工方法，在生物体表面特定区域构筑更加精细的图案，并通过光、电、热等多物理场调控实现对其生命活动的精准干预，在新型生物电子器件、仿生器件和活体微型机器人等前沿领域有广阔的应用前景。

相关论文信息：

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

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