有許多方法可以在微米計(jì)尺上制造三維物體，然而，一種材料的化學(xué)特性如何能夠以微米的精度進(jìn)行調(diào)節(jié)？維也納科技大學(xué)（Vienna University of Technology）的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種能夠使分子準(zhǔn)確附著到準(zhǔn)確位置上的方法。當(dāng)生物組織生長(zhǎng)時(shí)，這種方法可以允許化學(xué)信號(hào)的定位，并反饋到生命細(xì)胞，讓其知道可以附著在哪里。這一新技術(shù)同樣給傳感器技術(shù)帶來(lái)希望：一個(gè)小小的三維的“芯片實(shí)驗(yàn)室”（lab on a chip）被創(chuàng)造出來(lái)了，里面準(zhǔn)確定位的分子根據(jù)周圍環(huán)境作出物質(zhì)反應(yīng)。

由光接枝（180µm寬度）產(chǎn)生的三維模型。熒光分子附著在水凝膠上，產(chǎn)生了一個(gè)顯微三維模型。

材料科學(xué)與化學(xué)
        這種新方法的名字叫三維光接枝（3D-photografting），是由來(lái)自維也納科技大學(xué)的兩個(gè)研究小組緊密合作研究出來(lái)的：Jurgen Stampfl教授指導(dǎo)的材料科學(xué)研究小組和Robert Liska教授指導(dǎo)的微分子化學(xué)研究小組。這兩個(gè)研究小組以前就因?yàn)榘l(fā)明了多款新型的三維打印機(jī)而引起學(xué)界極大的關(guān)注。然而，對(duì)于現(xiàn)在科學(xué)家們正在研究的應(yīng)用來(lái)說，三維打印可不會(huì)發(fā)揮很大作用：“在有著不同化學(xué)特性的微細(xì)構(gòu)造單元（building blocks）里將同一種材料放置在一起是極度復(fù)雜的”，Aleksandr Ovsianikov說。“這就是為什么我們從三維支架（scaffold）開始，然后將所需分子準(zhǔn)確附著在正確的位置上。”
 

3D光接枝：激光射進(jìn)水凝膠（黃色），分子附著在空間的特殊點(diǎn)上（綠色）。

水凝膠里的分子 被激光緊緊鎖在位置上

科學(xué)家開始使用一塊水凝膠（一種高分子材料）做試驗(yàn)，里面排列著松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。在這些分子間，留有大的縫隙，其他分子甚至細(xì)胞都可以穿梭移動(dòng)。

將特別選定的分子導(dǎo)入水凝膠結(jié)構(gòu)內(nèi)，然后使用激光束輻射若干個(gè)點(diǎn)。在激光束聚焦最多的位置，一個(gè)光化學(xué)活性鍵被破壞。這樣，高活性的中間分子（intermediates）就被制造出來(lái)，并迅速地附著到水凝膠上。其精度取決于激光器的透鏡系統(tǒng)，在維也納科技大學(xué)可以提供一個(gè)精度達(dá)4µm 的解決方案。“這就類似一個(gè)藝術(shù)家，將不同顏色涂畫到畫布上不同位置，我們可以在水凝膠里定位分子，而且是高精度的、三維的操作。”Aleksandr Ovsianikov說。

傳送給細(xì)胞的化學(xué)信號(hào)

這一技術(shù)可以被用來(lái)人工增生生物組織，就像一種攀爬植物附著在藤架上，細(xì)胞也需要某些支架來(lái)依附。在自然組織里，細(xì)胞外的基質(zhì)通過某些特殊的氨基酸序列向細(xì)胞發(fā)出信號(hào)，指示它們?cè)谀睦锷L(zhǎng)。

在實(shí)驗(yàn)室里，科學(xué)家嘗試使用類似的化學(xué)信號(hào)。在許多實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞附著能夠在二維表面被引導(dǎo)發(fā)生，但是為了在特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（比如毛細(xì)管）生長(zhǎng)更大的組織，非常需要真正的三維技術(shù)。

微傳感器探測(cè)分子

根據(jù)不同的應(yīng)用，可以使用不同的分子來(lái)做試驗(yàn)。三維光接枝技術(shù)不僅在生物工程作用大，在其他領(lǐng)域如光電池、傳感器技術(shù)等應(yīng)用前景非常廣闊。在一個(gè)小小的空間里，分子能夠被人為地定位附著到特殊的化學(xué)物質(zhì)，并可以被探測(cè)到。這使一個(gè)顯微的三維“芯片實(shí)驗(yàn)室”成為可能。

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