材料研究与生物技术的结合


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在波士顿举行的材料研究学会(MRS)年会为时一周的一系列研究报告中,有很多生物材料方面的陈述。由于MRS涉及现代工业和技术的几乎每个领域,它的重点从无机过程向有机和生物过程转移可能预示着整个社会的一种趋势。

    pSiMedica 公司创始人之一、首席科学官Leigh Canham 的全会报告也可能是电子工业的一个先兆。Canham 是多孔硅在生物医药中的应用方面的先驱,他相信,可以制备出与活组织高度兼容的硅。

    他的演讲《硅技术与人体的连接:新千年中的仿生学》对硅电子学在医学诊断和治疗中的应用前景持乐观态度。他预言,MEMS将在可植入治疗装置如传感器和驱动器以及组织的电刺激中起重要作用。

    Canham 本身的经历可能揭示了半导体技术专家们的潜在机会。
    
    九十年代初,在任职英国国防评估研究所半导体研究员期间,他发现多孔硅能发光。由于这种材料有很高的化学反应活性,在集成电路中的应用很难实现。但这一发现揭示了硅与生物过程之间的一个关键联系,并促使Canham 把他的研究重点转移到生物医药上来。

    Canham 介绍了他的公司研制的一种具有生物兼容性的硅——生物硅(Biosilicon)——在医药中的正在努力实现的应用。

    PSiMedica 公司正在努力实现的应用包括:药物输送、用放射性的“种子”攻击肿瘤细胞以及可与组织融合的电子装置。

    纽约大学的Nadrian Seeman 在生物材料分会上所作的一个介绍性陈述强调了DNA作为在纳米尺度上创造复杂三维结构的催化剂的重要性。DNA 同时具有本质上的手性结构和在颗粒间形成独特的3-D 键的能力。这促使研究者们发展由计算机产生的能在化学上指导复杂几何结构的装配的算法。

    大会还展示了分子印刻技术的快速发展。分子印刻技术是生物学与工业技术之间的接口。基本的技术是使用聚合物膜作为生物分子的软模板。例如,可以把感兴趣的蛋白质分子压进一张聚合物膜中,再把该分子除去,这样就得到了这个分子的物理模型。然后可把这张膜硬化,并用它来检测这种分子,因为这个复杂的模型只能与这种蛋白质结合。用磷光颗粒标记溶液中的蛋白质分子,并对聚合物膜进行光学检验就可以确定这种蛋白质的存在。

    但这只是分子印刻技术的一个可能的应用。一项派生技术实现了用于硅超大规模集成电路的纳米印刻平板印刷。

    这些系统能生产超过现有光学平板印刷法的特定大小的电路,而且对制造业来说同样具有平行生产能力上的优势。聚合物膜用电子束平板印刷制成的硅模板印刻,然后被硬化以做成蚀刻掩膜。
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