麻省團隊發明了納米級物體鍛造術

麻省理工學院一團隊今日發明了一種製造幾乎任何形狀的納米級三維物體的方法。他可以使用各種材料，包括金屬、量子點和DNA，來對物體圖案編輯。MIT該團隊的一位副教授愛德華·博伊登表示這是一種將幾乎現有已知的材料以納米級精度編輯進三維圖形的方法。

通過使用該項技術，研究人員可以通過使用激光來製作他們想要的聚合物支架，然後通過將備好的材料附著在支架上，隨後他們使用該技術將該支架縮小，可以得到約原有體積千分之一的物體結構！

這項微觀建造技術的突破對許多領域而言都是一件好事。從光學儀器到醫學儀器再到機器人製造，這項技術可以通過許多生物和材料科學實驗室現有的設備來做到，這允許研究人員可以廣泛的復刻並嘗試這項新技術。

現有製造納米結構的有其局限性，通過激光表面蝕刻圖案可以闡述二維的納米結構，但是這種方法無法製造三維的納米結構。理論上通過逐漸在一層層二維納米結構上來堆疊製造三維納米結構是可行的，但是這個過程將及其緩慢並且對精度要求極高。而另外一種方法可以直接對納米尺度的物體進行三維列印，但是卻有局限於某幾種聚合物和塑料等專用材料，而這些材料卻有缺乏許多必備的功能性質。此外該技術只能產生自支撐結構，即只能列印出一個實心的金字塔堆，卻無法產生鏈條和空心球體等物體。

為了攻克這些限制，團隊成員們採用了他們幾年前開發的一種腦組織高分辨成像技術。這種技術被稱為膨脹顯微鏡，通過將組織嵌入水凝膠中，然後對其進行精準膨脹，從而可以讓普通的顯微鏡都能進行高解析度的成像。現在已經有成百上千的生物學和醫學研究小組正在使用這種技術。

通過對膨脹顯微鏡技術的逆向思考，他們發現可以製造出嵌入膨脹水凝膠中的大物件，然後將他們縮小至納米級，他們將此過程稱為「內部阿拉胡阿克巴製造技術」。他們通過使用一種常用於尿布中的材料聚丙烯酸酯作為納米製造過程的支架。他們講支架在含有熒光素分子的溶液中浸泡，並對熒光素分子進行激光激活時，熒光素遍附著在支架上。然後他們通過雙光子顯微術將附著在支架上的熒光素分子精準的調整到特定的位置。在整個過程中，熒光素分子始終起到的是定位的作用以便在後期將材料準確附著。

一旦目標材料分子被固定在正確位置，研究人員就通過添加酸來進行「內部阿拉胡阿克巴製造技術」。酸會阻止聚丙烯酸酯凝膠中的負電荷，使它們不再互相排斥，導致凝膠收縮。通過這種體積收縮，可以使物體在三個尺度上都縮小10倍，體積隨之縮小1000倍。這種收縮不僅可以提高解析度，使得在低密度支架中組裝材料成為可能。還易於修正，當材料收縮時變成緻密的固體。

目前研究人員已經創造出了大約1立方毫米的物體，其表面的圖案解析度為50納米。在尺寸和解析度之間有著一定的權衡：如果研究人員想要製造更大的物體，比如1立方厘米，他們只能達到大約500納米的解析度。當然這種技術製造過程存在進一步細化和改進的可能性。

這項技術的預期應用領域首選在光學儀器製造領域。可以利用該項技術來研究光的基本特性的專用透鏡。還可以製造應用於手機相機、顯微鏡或內窺鏡等儀器的透鏡製造，更遠的將來說不定還能用來製造納米級的電子元器件和機器人。

本文譯自 phys，由譯者 利維坦 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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