生物體從宏觀到微觀，再到納米尺度的多級復(fù)合結(jié)構(gòu)，使其具有諸多獨(dú)特的優(yōu)異性能。人們很早就開始模仿生物的特殊功能，來發(fā)明和應(yīng)用新技術(shù)。

例如人們根據(jù)蒼蠅特殊的“復(fù)眼”結(jié)構(gòu)，仿照制成了“蠅眼透鏡”，用它作鏡頭可以制成“蠅眼照相機(jī)”，一次就能照出千百張相同的相片；還有仿照水母耳朵的結(jié)構(gòu)和功能，人們設(shè)計了水母耳風(fēng)暴預(yù)測儀；根據(jù)蛙眼的視覺原理，研制成功了一種電子蛙眼，能準(zhǔn)確無誤地識別出特定形狀的物體！

圖：蒼蠅特殊的“復(fù)眼”結(jié)構(gòu)（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

這就是早期的仿生學(xué)應(yīng)用，但隨著科技的進(jìn)步和納米技術(shù)的迅速發(fā)展，人們開始將仿生學(xué)應(yīng)用到納米尺度，研究者通過模仿生物的納米結(jié)構(gòu)仿生制造出類似的超微結(jié)構(gòu)，以此來探究和獲取生物的特殊功能。在納米微結(jié)構(gòu)加工領(lǐng)域，常用的微納光刻技術(shù)有納米壓印、紫外光刻、X射線曝光等技術(shù)。

而在最近的一項研究中，昆士蘭科技大學(xué)的研究團(tuán)隊首次將電子束曝光（EBL）技術(shù)應(yīng)用于生物納米結(jié)構(gòu)的仿生制造，并取得了重要研究成果。目前，該項研究論文已被Journal of Materials Chemistry（IF=4.776）錄用，論文題目為Multi-biofunctional properties of three species of cicada wings and biomimetic fabrication ofnanopatterned titanium pillars。

研究中涉及的大量仿生制備工作由TESCAN 的EBL完成，并使用了TESCAN MIRA3場發(fā)射掃描電子顯微鏡表征細(xì)胞間相互作用。

圖：研究論文已被Journal of Materials Chemistry（IF=4.776）錄用

由于蟬翼具有多功能生物特性，如超疏水性，自清潔和殺菌作用等，人們對其在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用產(chǎn)生了濃厚興趣。昆士蘭科技大學(xué)Prasad KDV Yarlagadda及其研究團(tuán)隊對蟬翼的殺菌和細(xì)胞相容特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并首次使用電子束曝光技術(shù)（EBL）進(jìn)行蟬翼結(jié)構(gòu)的仿生制造，加工出類似的納米錐陣列結(jié)構(gòu)，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，其同樣具有殺菌和生物相容性。

首先，研究人員使用了SEM，AFM，TEM等多種微觀分析技術(shù)對三種不同種類的澳大利亞蟬翅膀表面的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。研究人員觀察到，三種蟬翼表面均具有獨(dú)特的形貌結(jié)構(gòu)，雖然凸起的高度、直徑、間距和密度并不完全相同，但都呈現(xiàn)出錐狀的納米柱陣列。

圖：不同物種的蟬翅具有不同高度、間距、直徑和密度的納米柱結(jié)構(gòu)

研究人員分別采用了在蟬翼上附著銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌細(xì)胞和人成骨細(xì)胞的方法來探究昆蟲翅膀的殺菌活性和生物相容性。實(shí)驗(yàn)證明，三種蟬翼均具有很好的殺菌活性，且附著人成骨細(xì)胞的蟬翅細(xì)胞形態(tài)在24小時后仍然保持完整，表明它們?nèi)匀痪哂猩锵嗳菪浴?/p>

在該項研究中，研究人員嘗試進(jìn)行蟬翼結(jié)構(gòu)的仿生制造。由于是納米尺度的陣列結(jié)構(gòu)，一般的刻蝕、沉積方法均無法實(shí)現(xiàn)。而常規(guī)的電子束曝光（EBL）技術(shù)也無法實(shí)現(xiàn)如此規(guī)模的錐體制造。

昆士蘭科技大學(xué)的研究團(tuán)隊巧妙地利用電子束在光刻膠中的散射，通過控制電子束能量，制作出椎體的“模子”，然后利用沉積生長出需要的椎體，最后腐蝕掉所有光刻膠，得到了完美的納米錐陣列。

圖：仿生納米錐陣列的制作過程示意圖

最終制備的仿生Ti納米錐的高度為116 ~282nm，錐形柱的頂端直徑最小達(dá)13.3nm，底部直徑93.6nm左右。并且，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其同樣具有殺菌性和生物相容性。昆士蘭科技大學(xué)的這項研究成果對于納米仿生學(xué)的應(yīng)用具有重大意義。 

圖：通過EBL技術(shù)制備的仿蟬翼結(jié)構(gòu)的Ti納米錐陳列

圖：（E）在制備出的仿生Ti納米錐陣列上附著銅綠假單胞菌細(xì)胞；（F）對照Ti柱和仿生納米Ti柱上附著的人成骨細(xì)胞的活性；（G）在仿生Ti納米錐陣列上附著擴(kuò)散良好的成骨細(xì)胞；

電子束曝光（EBL）技術(shù)是一種電子束直寫技術(shù)，是利用電子束在涂有對電子敏感的高分子聚合物（光刻膠）的基底上直接描畫出圖形，通過刻蝕實(shí)現(xiàn)微小結(jié)構(gòu)的加工。電子束曝光（EBL）技術(shù)避免了傳統(tǒng)方法中對模板加工和使用的復(fù)雜過程，其高分辨、高度靈活性、高靈敏度的特點(diǎn)也受到研究人員關(guān)注，且EBL制備方法更加簡單，更容易制備出小尺寸的各種花樣的周期性結(jié)構(gòu)。

在上述工作中，昆士蘭科技大學(xué)研究團(tuán)隊使用了TESCAN MIRA3高分辨場發(fā)射掃描電子顯微鏡搭配TESCAN自主研發(fā)的電子束曝光（EBL）技術(shù)出色完成了相關(guān)工作。

不久前，昆士蘭科技大學(xué)新采購了一臺TESCAN最新的S8000X Xe Plasma FIB-SEM，這是一款功能強(qiáng)大的氙等離子源FIB，配置了TESCAN最新一代的多項專利技術(shù)，期待昆士蘭科技大學(xué)未來取得更多的研究成果！

圖：昆士蘭科技大學(xué)最新采購的TESCAN S8000X Xe等離子源FIB-SEM

注釋：該項研究由昆士蘭科技大學(xué)研究團(tuán)隊完成，相關(guān)論文目前已通過了英國皇家化學(xué)學(xué)會（Royal Society of Chemistry）評審，論文稿件已被錄用，將于不久后在網(wǎng)上公開發(fā)布。