据美国有线新闻网（CNN）报道，麻省理工学院(MIT)的研究人员本月宣布了一项新的研究成果，他们发明了一种利用激光将物体缩小到纳米级的方法。MIT官网称，虽然离漫威电影中随时可以“变大变小”的原子战衣还很遥远，但他们可以把任何简单的结构缩小到原来的千分之一。而且在未来，这项技术普通人也能很容易掌握。
多年来，人们一直试图发明更先进的设备来制造更小的纳米材料，但MIT的这项技术却只用了最简单的实验设备，一束激光和一种吸水凝胶(通常用于婴儿尿不湿中)，这是大多数生物和工程实验室都拥有的材料。
这种被称为“内爆制造”的微型化技术可以应用于多个领域，例如开发更小的显微镜和手机镜头，制造改善日常生活的微型机器人。
“可将任何材料变成纳米级3D形状”
据MIT官方网站消息，该研究成果已经刊登在12月13日的《科学》杂志上，麻省理工大学神经技术教授、生物工程与大脑和认知科学副教授Edward Boyden是该研究成果的最主要作者之一，他也是麻省理工学院媒体实验室、 麦戈文脑科学硏究所、科赫综合癌症研究所的成员。另一位作者Adam Marblestone是媒体实验室下属的研究机构的成员。这篇论文的主要作者还包括研究生Daniel Oran和Samuel Rodriques。
Boyden说，“通过这种方法，几乎可以将任何材料变成纳米级的3D形状。”
利用这项新技术，研究人员可以使用激光塑造任意形状和结构的聚合物支架，把其他有用的材料附着到支架上，再将其收缩，由此产生仅为原始体积千分之一的纳米级结构。
▲资料图。图据视觉中国
研究人员说，这些纳米级微小结构，可以应用在光学、医学、机器人等许多领域。更令人兴奋的是， 这项技术使用的激光和水凝胶许多生物学和材料科学实验室已经具备，想要尝试这项技术的研究人员都可以利用实验室已有的设备进行试验。
现有的制造纳米结构的技术存在很多局限性，用光在表面上蚀刻图案可以产生2D纳米结构，但不适用于3D结构。虽然可以通过逐层添加来制造3D纳米结构，但是这个过程太过缓慢，而且颇具挑战性。
而且，现有的方法虽然也可以直接进行纳米级物体的3D打印，但仅限于聚合物和塑料等特殊材料，这些材料缺乏许多应用所需的功能特性。此外，它们只能生成自支撑结构。例如现有的技术可以制作出一个实心金字塔，但不能制作链条或空心球之类的物体。
神奇的“内爆制造”
为了克服这些限制，Boyden和他的学生决定采用他的实验室几年前开发的脑组织高分辨率成像技术。这种技术被称为膨胀显微镜，是将组织埋入水凝胶中使其膨胀，从而在常规显微镜下实现高分辨率成像。
生物和医学领域的数百个研究小组目前正在使用膨胀显微镜，因为它可以用普通的硬件实现细胞和组织的三维可视化。
通过逆转这一过程，研究人员发现他们可以制造出大尺寸的物体，将其嵌入膨胀的水凝胶中，然后再缩小到纳米尺度。他们将这种方法称为“内爆制造”。
与膨胀显微镜技术采取的措施相似，研究者使用了一种吸水性很强的凝胶作为纳米加工过程的支架，这种凝胶通常用于尿不湿中。利用双光子显微镜，研究人员将荧光素分子附着在凝胶中的特定位置，荧光素分子充当锚点，可以与研究人员添加的其他类型的分子结合。
Boyden说，“你可以用激光把锚点固定在你想要的地方，然后把你想要的任何东西固定在锚点上。它可以是一个量子点，一段DNA，也可以是一个金纳米粒子。”
“这有点像胶片摄影，将凝胶中的敏感材料暴露于光下，形成潜影。然后，可以通过附加另一种材料，让潜影形成真实的图像。”Daniel Oran解释说。事实上，Daniel本身也是一位经验丰富的摄影师。他说，通过这种方式，内爆制造可以创造出各种各样的3D纳米级结构，包括梯度结构、非连通结构和多材料结构。
一旦想要的分子附着在合适的位置，研究人员就会通过加入酸来缩小整个结构。这种酸阻止了凝胶中的负电荷，使它们不再相互排斥，从而使凝胶收缩。
“多年来，人们一直试图发明更好的设备来制造更小的纳米材料，但我们意识到，只要使用现有的设备，将材料嵌入这种凝胶中，就可以将它们缩小到纳米级。”另一名研究人员Rodriques说。
普通人也容易掌握的技术
MIT的研究小组目前正在探索这项技术的潜在应用，他们预计最早的一些应用可能是在光学领域，例如，制造可以用来研究光的基本性质的特殊透镜。这项技术还可以为手机摄像头、显微镜或内窥镜等应用制造更小、更好的镜头。
在更远的将来，这种新方法在现实生活中还有很多很酷的用途，如科学家们正在探索在抗癌药物中加入机器人微粒子，以便找出并“攻击”癌细胞。而且MIT表示，这项技术未来还可以用来开发比现在电子芯片更小的“纳米芯片”电子产品。
“你可以做各种各样的事情。”Boyden说，“纳米制造技术普及之后，有可能开辟我们尚未想象到的前沿领域。”
▲Boyden称，许多实验室都有设备来实现这种技术。图据MIT官网
研究人员还表示，未来，这项技术普通人也很容易掌握，它甚至可以在家里或学校使用，因为所有的材料都是无毒的。Rodriques说:“现在很难想象普通人能用它来做什么。”
对于这项新技术，《科学》杂志评价称，虽然现在通过增材制造技术可以装配各种材料，但这通常涉及组装一系列堆叠层，这就限制了3D几何形状，而MIT的新方法在凝胶支架内就能制作出各种材料的纳米级3D结构。
即便离电影中“变大变小”的原子战衣幻想还非常遥远，但人类又在微观科学世界中，迈出了一大步。
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