關(guān)于紋身，有幾個經(jīng)典的橋段：

如NBA巨星科比，在右大臂紋上著名的“蝴蝶皇冠”和翅膀，以此向妻子示愛；如英國球星貝克漢姆，側(cè)腰一串行云流水的“生死有命富貴在天”，引得無數(shù)球迷折腰。

水熊蟲被選為Nature4月“最佳科學圖片”，并登上網(wǎng)頁頭條

Nature4月的“最佳科學圖片”，也選了一張紋身圖，只是對象有點特殊：一頭身長僅0.5毫米的水熊蟲，史上第一次獲得了波點“紋身”，并且，它還活著。

擁有這一精湛技藝的“紋身師”來自杭州西湖。

近日，Nature，Science，Discover Magazine，Phys.org等37家海外科學媒體報道：西湖大學仇旻團隊采用冰刻技術(shù)首次在活體水熊蟲表面實現(xiàn)精準微納加工，這些微小的“紋身”展現(xiàn)了超高精度的納米加工技術(shù)和極佳的生物相容性，或?qū)㈤_啟納米級醫(yī)療設備甚至活體微型機器人的新時代（相關(guān)論文發(fā)表在Nano Letters上，入選當期補充封面，西湖大學博士研究生楊治蓉為文章的第一作者，趙鼎研究員和仇旻教授為通訊作者）。

Science報道西湖大學仇旻團隊最新研究成果

“冰刻”奇想

時間回溯到五年前。2020年歲末，西湖大學仇旻實驗室成功上演了一出微觀秀：研究者用電子束作刻刀，在頭發(fā)絲千分之一粗細的尺度上，用水蒸氣凝華形成的冰層取代傳統(tǒng)光刻膠，完成了精密的“冰上雕刻”。

當時，團隊曾在研究論文結(jié)尾大膽預言：這或許可以進一步實現(xiàn)微納尺度的活體生物加工。這個現(xiàn)場實景“翻譯”為——在一次組會討論中，研究員趙鼎提出：“如果用‘冰刻’技術(shù)在螞蟻頭上刻個‘王’字，它回到蟻穴后會怎么樣？”“冰刻”，通俗地講，就是把傳統(tǒng)光刻加工用到的“光刻膠”，替換成“冰”。這里的“冰”，既可以是日常所見的水冰，也可以是有機分子低溫凝結(jié)形成的固體。

電子束打在冰層上，能直接雕刻出冰模板，不需要像傳統(tǒng)光刻那樣用化學試劑清洗一遍來形成模具，從而規(guī)避了洗膠帶來的污染。也正是這種巧妙的替換，為冰刻技術(shù)應用在活體生物上提供了契機。看似天馬行空的想象，在科學家眼里卻沒什么是“不可能”。研究團隊開始尋找合適的實驗對象。它要滿足兩個條件：

其一，本身要小，才需要施展精確至微納米尺度的“冰刻”技術(shù)；

其二，要具備一定的耐受力，保證實驗對象在結(jié)束時“能走、能跑、能跳”，是研究團隊需要面對的極大考驗。

此時，身體短胖，分5個部分，有4對短腿，末端有爪或吸盤，號稱“地表最強生物”的水熊蟲，闖進研究團隊的視野。它身材微小，但生存能力極強，能在-273℃到151℃的極端環(huán)境中存活，對極端脫水、強輻射、高壓及有毒環(huán)境也有很強的耐受力，成為本次研究的“不二蟲選”。

蹲在山上挖苔蘚的博士生

楊治蓉蹲在潮濕的背陰處，用手中的鑷子輕輕撥動苔蘚，瞇起眼睛仔細觀察其中是否有水熊蟲的蹤跡。作為本研究的第一作者，這名電子信息技術(shù)專業(yè)的博士生，很長一段時間里的科研日常，就是在各種山上挖苔蘚。“冬天還好，夏天挖苔蘚時總要被蚊子圍攻，花露水腌入味了都不管用。”她笑道。在這些看似普通的綠色苔蘚下，就藏著地球上最頑強的生命體“水熊蟲”。它身長不足1毫米，在顯微鏡下放大100倍，才勉強達到人類指甲蓋大小。

所以，捉蟲過程要在顯微鏡下進行，還不能是一般的顯微鏡，必須是有一定操作空間的體式顯微鏡。

楊治蓉在山上挖苔蘚捉水熊蟲

楊治蓉先將采集的苔蘚用泉水浸泡一整晚，讓水熊蟲充分蘇醒，接著搖動苔蘚，使牢牢抱著苔蘚的水熊蟲脫落到水中，然后去掉大塊的苔蘚和碎石等雜質(zhì)，就可以嘗試在沉淀物中尋找水熊蟲了。運氣好的話，每挖一塊苔蘚，楊治蓉就能帶回十幾頭水熊蟲，運氣不佳時，好幾天徒勞無功也是常事。“最傷心的是，一整天只找到一只蟲，然后捉的時候手一抖，把蟲子弄丟了！”捉到的水熊蟲會被楊治蓉精心喂養(yǎng)，“主要喂食它們喜歡的綠球藻，偶爾也會改善伙食，加入一點從生科院借來的萊茵衣藻”。她要確保每一只小蟲都身體倍棒，以接受后續(xù)的“紋身”實驗。實驗室里不乏有特別害怕蟲子的學生，每次組會匯報，楊治蓉都要反復發(fā)出預警：“今天我要展示我的小蟲啦！有不少動圖呦，害怕的記得閉上眼睛。”從小在山西農(nóng)村長大的她，抓過雞鴨，玩兒過螞蚱，甚至徒手抓過一只蝙蝠塞進瓶子里當寵物。所以冥冥之中，她也成了水熊蟲紋身師的“不二人選”。

楊治蓉參加浙江大學第三屆微納學術(shù)節(jié)

最強生物變身“嬌氣蟲”

將一項基本成熟的技術(shù)，“移植”到一個新的實驗對象身上，最初在楊治蓉眼里，這一次的研究“好玩”多于“挑戰(zhàn)”。但在實驗室里，很多時候理論與實踐“不成正比”。活體實驗，困難還是遠超想象。楊治蓉疑惑不解，甚至很多次暴跳如雷，這個號稱地表最強的家伙，“為什么在我手里變得如此脆弱？”脫水太快不行，氧氣不夠不行，空氣流通快了也不行……一波一波的水熊蟲用完了，實驗還是沒有達到預期效果，她不得不重回山上，繼續(xù)挖苔蘚。為什么水熊蟲到了實驗室就變成“嬌氣蟲”？要展開實驗，首先得讓水熊蟲進入隱生狀態(tài)。隱生狀態(tài)的水熊蟲，身體緊緊縮成一團。這時它的代謝幾乎停止，球形的身體形態(tài)更利于接受電子束的“雕刻”。接著，楊治蓉將特制的納米有機冰膜覆蓋在處于隱生狀態(tài)的水熊蟲身上，類似于在蟲子周身覆蓋上一層冰。實驗開始后，通過電子束曝光，楊治蓉將指定區(qū)域的納米冰膜轉(zhuǎn)變?yōu)槌胤€(wěn)定的固體圖案。此時，水熊蟲身上便會刻上紋身圖案。一番操作下來，從進入隱生狀態(tài)，到覆蓋上冰膜，再到電子束攻擊。這其中的每個步驟，楊治蓉都得保護好水熊蟲，確保它們安然無恙，水熊蟲才可能身披“紋身”蘇醒。滿懷期待、前功盡棄、重頭再來，這幾個詞組成了楊治蓉和小蟲相伴的每個日夜。終于，在一個普通的實驗日下午，奇跡發(fā)生了。

水熊蟲身披“紋身”蘇醒

“它動了！”楊治蓉屏住呼吸，湊近顯微鏡。鏡頭下，水熊蟲蜷縮的軀體微微一顫，隨后，細如發(fā)絲的四肢緩緩移動，在培養(yǎng)液里劃出幾道極淺的波紋。在適宜的復蘇條件下，一只身披納米圖案的水熊蟲緩緩舒展身體。但是請注意，水熊蟲本身的體長不到1毫米，非常非常小。那些比發(fā)絲還要細上千倍的“紋身”，普通顯微鏡下很難完全觀察到。要想看清楚“紋身”在水熊蟲復活后的情況，還需要把蟲子“固定”好，動來動去也會影響觀察效果。楊治蓉需要把水熊蟲“麻醉”，讓它放松警惕，慢慢舒展身體，把藏在皮膚紋理間的“紋身”呈現(xiàn)出來。接著進行化學固定和干燥，之后用掃描電鏡進行觀察。事實證明，這種為水熊蟲量身定制的“碳質(zhì)紋身”即使經(jīng)過拉伸、溶劑浸泡和干燥處理，依然牢固如初。實驗室里安靜得能聽見儀器發(fā)出的微弱電流聲。楊治蓉的手指懸在數(shù)據(jù)記錄鍵上方，直到確認所有冰刻圖案都完整無損，才長舒一口氣。

五年前的預言，成真了。回到最初的場景，在組會上，趙鼎說：“如果用‘冰刻’技術(shù)在螞蟻頭上刻個‘王’字，它回到蟻穴后會怎么樣？”嗅覺靈敏的媒體紛至沓來，續(xù)寫了結(jié)尾——這項將半導體制造與生物學結(jié)合的突破性技術(shù)，正在打開生物微觀世界的新大門，或?qū)㈤_啟納米級醫(yī)療設備甚至活體微型機器人的新時代。

未來，我們或許能看到：“冰刻”技術(shù)在蜜蜂的復眼表面雕出納米級光柵，研究它們是如何看見紫外線；在珊瑚蟲的觸手刻上環(huán)境傳感器，實時監(jiān)測海洋酸化程度......這些科幻般的場景，將被一塊會消失的冰，一點一點刻進現(xiàn)實。

水熊蟲登上Nano Letters期刊補充封面

有人問楊治蓉：“你有沒有給闖關(guān)成功的這只蟲子起一個名字，它這么努力地醒過來了，多感人啊。”“有道理，我得好好想一想。”楊治蓉說。這個看似微小的生命，正在幫助人類突破納米技術(shù)的邊界，值得擁有一個名字。

來源: 西湖大學