冷冻乙醇造微型生物工具：科学家研发新型微创技术

通过改进一种名为冰刻的方法，该团队得以在脆弱的生物表面上直接蚀刻极其微小、精细的图案。

传统光刻技术虽常用于制造手机和电脑的微型电路及其他电子部件，但其依赖的液态工艺极易损伤脆弱材料，包括碳纳米管和生物膜。

这正是密苏里大学冰基技术的突破所在。他们采用冷冻乙醇层替代液体，创造了一种更温和、更精准的加工方式，使以往因过于脆弱而无法处理的材料得以操作。

"与可能对脆弱生物材料造成损伤的传统光刻工艺不同，我们的技术通过施加薄冰层来保护材料表面进行图案刻制，"物理学教授兼研究合著者加文·金解释道，"这层冰冻物质在整个过程中保持稳定性，使我们能够处理通常会被严重损坏的精密生物材料。"

全球仅有三家实验室使用这种冰刻方法，密苏里大学实验室是其中之一，也是北美唯一拥有此技术的机构。该研究的独特之处在于采用乙醇冰保护精密生物材料，避免了普通水冰可能造成的损伤。

为验证新型乙醇冰基方法，研究人员使用盐生盐杆菌进行测试。这种微生物能生成紫色蛋白质，可捕获阳光转化为能量——堪称天然的太阳能板。自1970年代以来，该微生物高效的光能转化能力使其成为开发新型能源的理想候选者。

虽然密苏里大学的发现尚属概念验证，但团队对其未来潜力充满期待，包括利用这种精密紫色膜制造太阳能电池板的可能性。

技术原理

冰刻技术运作方式如下：

首先，研究人员将生物膜置于扫描电子显微镜内的低温表面。温度降至-150°C以下的极冷状态后，注入乙醇蒸气使其瞬间冻结成乙醇冰，在膜表面形成光滑薄层。

随后，聚焦电子束在冰层上刻制微型图案。加工完成后温和加热表面。未被电子束照射的冰层区域升华消失，而图案区域则固化为实体材料保留下来。

"我们制作的图案宽度小于100纳米，比人类发丝细1000倍以上，"研究生兼研究第一作者迪伦·基亚罗表示，"这是在操作生物学最精密元件方面的重大突破。"

跨学科协作

密苏里大学文理学院研究者的这项发现融合了生物学、化学、物理学与空间科学领域，可能彻底改变科学家操作生命最小构件——分子、蛋白质和原子的方式。

物理学教授兼研究合著者苏奇·古哈通过表面增强拉曼散射技术（一种检测光与分子相互作用的高灵敏度工具），鉴定出生成材料的结构与碳纤维特性相似。

加工完成后紫色膜厚度变化不足1纳米，证明该工艺可直接在脆弱生物材料上无损刻制图案——这一难题曾长期困扰科学界。

化学助理教授兼研究合著者伯纳黛特·布罗德里克发现了电子束加工过程中产生的瞬态化学物质烯酮。金认为布罗德里克团队（专攻天体化学）的发现有助于解释乙醇冰如何转化为稳定固态物质——这是理解该方法背后化学物理机制的关键。

"每个实验室贡献了不同的拼图模块，"金强调，"正是这种跨学科协作真正促成了此项发现。"