摘要：想象一下像活细胞一样精致的东西，而不会损坏它。研究人员使用意外的工具组合进行了突破性的发现：冷冻乙醇，电子束和紫色的微生物。通过推进一种称为冰光刻的方法，该团队能够将非常小的细节蚀刻到脆弱的生物表面上。...

想象一下像活细胞一样精致的东西，而不会损坏它。密苏里大学的研究人员使用了意外的工具组合进行了突破性的发现：冷冻乙醇，电子束和紫色的微生物。

通过推进一种称为冰光刻的方法，该团队能够将非常小的细节蚀刻到脆弱的生物表面上。

虽然传统光刻通常用于制造手机和计算机的其他电路和其他电子零件，但它依赖于可以轻松损害精致材料（包括碳纳米管和生物膜）的液体过程。

这就是Mizzou基于ICE的方法的脱颖而出的地方。通过使用一层冷冻乙醇而不是液体，他们创造了一种更温和的，更精确的方法来使用曾经被认为太脆弱而无法处理的材料。

物理学和研究合着者Gavin King说：“我们的技术不使用传统的光刻过程，这对精致的生物材料过于苛刻，而是在制造图案的同时使用薄薄的冰来保护材料的表面。” “该冷冻层有助于在整个过程中保持一切稳定，使我们有可能使用通常会受到实质性损坏的精致生物材料。”

米佐（Mizzou）使用这种冰光刻法拥有了世界上仅有的三个实验室之一，也是北美唯一的实验室之一。使工作与众不同的是使用乙醇冰，该乙醇冰可保护脆弱的生物材料，普通水冰会造成损害。

为了测试其新的基于乙醇的方法，研究人员使用了盐酸盐，一种微生物，使紫色蛋白质能够捕获阳光并将其变成能量 - 类似于自然的太阳能电池板。自1970年代以来，这种微生物有效地将光转化为能量的能力使其成为开发新型功率来源的有前途的候选人。

尽管Mizzou的发现是概念证明，但该团队对其未来的潜力感到兴奋，包括使用这些精致的紫色膜来创建太阳能电池板。

它如何工作

这是冰光刻方法的工作方式。

首先，研究人员将生物膜放在扫描电子显微镜内的冷表面上。温度降低到极低的水平，低于-150°C。然后，当它们添加乙醇蒸气时，它会立即冻结成乙醇冰，并在膜上形成薄而光滑的层。

接下来，聚焦的电子束在冷冻层中绘制微小的图案。完成后，表面温暖。没有被横梁击中的冰的部分被升华，而图案（现在是坚固的材料）被留在后面。

该研究的研究生兼首席作者迪伦·奇亚罗（Dylan Chiarro）说：“我们所制造的模式小于100纳米宽，比一束人的头发薄的1000倍以上。” “这是与生物学中一些最精致的组成部分合作的迈出的一步。”

协作努力

Mizzou艺术与科学学院的研究人员的这一发现汇集了生物学，化学，物理和太空科学领域，并可以改变科学家如何与生命最小的构建基础（分子，蛋白质和原子）合作。

物理和研究合着者教授Suchi Guha帮助确定了所得材料的结构。使用高敏性工具，该工具研究光如何与分子相互作用，称为表面增强的拉曼散射，她的实验室发现固体材料的行为与碳纤维相似。

该过程完成后，紫色膜几乎没有变化 - 仅在厚度下损失少于一个纳米。这证明了研究人员可以使用此过程直接在脆弱的生物材料上创建模式而不会损害它们 - 这是使科学家困惑的挑战。

化学与研究合着者助理教授Bernadette Broderick帮助发现了Ketene的存在，Ketene是一种在电子束工艺过程中形成的短寿命化学物质。金认为，布罗德里克实验室（Broderick's Lab）的这一发现专门从事星体化学，可以帮助解释乙醇冰如何转化为稳定，坚固的材料，这是理解该方法背后的化学和物理学的关键步骤。

金说：“每个实验室都贡献了不同的难题。” “这种跨学科的团队合作真正使这一发现成为可能。”