科学家利用冰刻技术对缓步动物进行纹身，展示了一种可实现生物相容性微电子技术以及未来生物医学技术的方法。如果你以前没听说过缓步动物，那就准备好大吃一惊吧。这些笨拙的八足生物，绰号“水熊”，身长约半毫米，几乎可以在任何环境下生存：极寒、饥饿、高压、辐射、外太空等等。
这只缓步动物身上长出了一个新的“纹身”——在这张放大图中，用突出显示的点表示，在插图中也清晰可见。图片来源：改编自《纳米快报》2025，DOI：10.1021/acs.nanolett.5c00378
在发表于《纳米快报》（Nano Letters）杂志的一项新研究中，研究人员利用缓步动物近乎坚不可摧的特性，测试了一种新的微制造技术。他们成功地将微小的、生物相容性的“纹身”植入缓步动物体内，展示了该方法在构建与生物体相互作用的微型设备方面的潜力。
“通过这项技术，我们不仅在缓步动物身上创造了微型纹身——我们还将这种能力扩展到各种生物，包括细菌，”该论文的共同作者丁钊解释道。
微加工技术彻底改变了电子学和光子学，创造了从微处理器、太阳能电池到检测食品污染或癌细胞的生物传感器等各种微米和纳米级设备。如果研究人员能够改进微加工技术，使其与生物领域兼容，这项技术还能推动医学和生物医学工程的发展。
因此，丁钊、邱敏和同事们采用了一种名为冰刻的技术，用电子束在覆盖着薄薄一层冰的生物组织上雕刻图案，当剩余的冰升华时，图案就会留下。还有什么生物比几乎坚不可摧的缓步动物更适合被冷冻、被冰覆盖，然后再暴露在电子束下呢？
研究团队通过缓慢脱水，使缓步动物进入隐生状态（一种半死不活的状态）。然后，研究人员将一只缓步动物放在一张碳复合纸上，将纸张冷却至零下143摄氏度（零下226华氏度），并在水熊虫表面覆盖一层茴香醚（一种闻起来像茴香的有机化合物）。冷冻的茴香醚在缓步动物绘制图案时保护了其表面免受聚焦电子束的损伤。
当苯甲醚暴露在光束下时，它会发生反应，形成一种新的生物相容性化合物，这种化合物在较高温度下会粘附在缓步动物的表面。当缓步动物在真空条件下升温至室温时，任何未反应的冷冻苯甲醚都会升华，并留下反应后的苯甲醚图案。最终，研究人员对缓步动物进行补水并使其恢复活力，它便拥有了新的“纹身”。
这项技术精度极高，使团队能够创造出各种微图案：小至72纳米宽的方块、点和线条，甚至包括大学的标志。约40%的缓步动物在这项技术中存活了下来，研究人员表示，通过进一步的微调，这一比例有望进一步提高。最重要的是，缓步动物似乎并不介意新的纹身：补水后，它们的行为没有任何变化。这些结果表明，这项技术可能适用于将微电子元件或传感器打印到活体组织上。
加文·金（Gavin King）是一位被认为发明了冰刻技术的研究员，他并未参与这项研究，但他总结道：“对生物物质进行图案化是一项挑战，而这一进展预示着新一代生物材料设备和生物物理传感器的出现，而这些以前只存在于科幻小说中。” 丁和邱希望，在迈出这第一步之后，这项工作能够推动未来微生物机器人和其他生物医学应用的进步。
编译自/ScitechDaily
