量子点涂层的层层自组装

长江日报融媒体5月9日讯(记者高萌)日前，中国科学家有了最新发现：用一束蓝光就可以让细菌“打工”画纳米电路。

9日，长江日报记者采访到该技术发明团队主导人上海科技大学助理教授、研究员钟超，揭秘这背后的故事。

“我们利用大肠杆菌时空可控地搬运量子点，这是国际上首次。”钟超说，让细菌来当搬运工、粉刷匠，是合成生物学的一个重要突破。基于这一技术，中国科学家所构建和证明的几个应用皆属全球首次。这也意味着，未来你用的手机屏可能是细菌生产的。

通过蓝光来控制量子点的空间分布

大肠杆菌“听蓝光的话”画纳米电路，未来手机屏可能由它“打工”生产

大肠杆菌是人们日常生活中最常遇到的细菌，棒状，寄居在每个人的肠道里。钟超主导完成的这一研究，就是让大肠杆菌成为把细小的量子点刷成涂层的“粉刷匠”“搬运工”。

该研究的论文日前发表在国际学术期刊《先进材料》上，并入选当期内封面文章，获其官网重点推荐。钟超告诉长江日报记者：“这一研究是模拟天然动态自组装的一个重要尝试，让天然的细菌代替人工干活。”

该技术通过一束蓝光照射，让大肠杆菌自动听其指挥“干活”，搬运、排列量子点。蓝光出现时，它们就动起来；如果没有蓝光出现，这些大肠杆菌就“安静”地生长。想要什么图案、什么形状的量子点涂层，可以通过给“蓝光”编程，形成不同的光控方案。

量子点被称为“人工原子”，是纳米级的半导体材料颗粒，备受人们关注，正逐渐被应用于生物医药、光电设备等领域。含有量子点材料的QLED，因其成本更低、色彩饱和度更高等特性，被认为可能是下一代手机屏幕、电视屏幕，将取代iPhoneX等新款手机使用的OLED屏。这些新的手机、太阳能面板的优越性能都依赖于均匀的量子点涂层。

试想下，将无数个纳米大小的量子点根据设计，均匀地沉积在基底上形成涂层，这是个不小的技术难度。以往，传统的方法是光刻、磁控溅射、蒸镀等。

“中国科学家率先开发出光控技术，让大肠杆菌来当搬运工、粉刷匠，实现了对量子点更加精细布阵，其最小布阵精度已可达100μm(微米，一百万分之一米)。”钟超这样告诉长江日报记者，这也意味着，未来手机屏可能是由细菌“打工”生产。

纳米金颗粒制备的触碰开关

量子点就像一个个葫芦一样，挂在“毯子”上形成涂层

为什么大肠杆菌能“听蓝光的话”?钟超向长江日报记者解释：“我们在大肠杆菌中加入了人工光控基因环路，用以控制生物被膜的表达。”

他介绍，当蓝光照射时，大肠杆菌的光控基因被激活，因而能够“听话”，“吐”大量的生物膜蛋白；如果没有蓝光出现，大肠杆菌就一直不分泌生物膜蛋白，一直不形成被膜。“这项技术在纳米尺度上可以调控得非常精细，显微镜下，量子点排列得非常规整，而非堆在一起”。

大肠杆菌为什么可以搬运量子点，是吃进去吗?显然不是。钟超带领的研究团队通过基因操作，对大肠杆菌分泌的生物膜蛋白进行了一项“手术”，大肠杆菌变成了智能细菌，能够自发识别、“捆绑”量子点。

钟超说，当大肠杆菌分泌生物膜蛋白形成生物被膜时，量子点就像一个个葫芦一样，挂在生物被膜这个“毯子”的细丝或藤蔓上，形成涂层。

因为生物膜蛋白首先组成纤维，纤维再排列形成被膜。一个纤维的亚单位—生物膜蛋白—识别一个纳米颗粒。因此，量子点在纤维上排列得非常规则、均匀。

钟超表示，不只是可以贴在平面上，在圆筒等弯曲的三维平面上，大肠杆菌也可以排兵布阵，生成量子点涂层。

研究方向，为未来的应用打开了新世界的大门

让细菌“打工”画纳米电图，未来，能带来什么方便或变革?

钟超表示，目前他们的方法还没有应用于实际生产，但是他们提出的基于生物被膜的纳米器件构造方式，为未来在这方面的应用打开了一扇大门，“带给人们极大的想象空间”。

他说，目前来看，这项技术有很多亮点，比如，操作简单、易于大规模生产。由于生物被膜非常特殊的一点是具有超强的粘附性，即使在最“光滑”的“不粘锅”涂层——特氟龙(聚四氟乙烯，PTFE)上，大肠杆菌也可以形成薄薄的生物被膜。因此，不仅在平面的硅片，还是在柔性或者不规则的基底表面，大肠杆菌都可绘制纳米电路图等。

除此以外，钟超团队已经证明这项技术适合在分子、纳米到宏观多尺度级别上构筑纳米结构和器件，在生物电子、光电器件、生物催化和可穿戴设备方面具有潜在的应用价值。

“我们对于这项技术在传统电子工业上还是非常看好，除此以外我们非常看好这项技术在人工光合作用上的应用，这是我们的长远目标。”钟超说。

未来，由智能细菌“打工”制造的成品，如何避免“细菌工人”对人体健康造成危害?钟超表示大可不必担心。“在成品中，也可以用灭菌的方法，杀死大肠杆菌，或者换用益生菌。甚至在经过相应的灭菌和封装之后，最后将大肠杆菌除掉。有了这些保障，不会对人体健康造成危害。”

【编辑：叶凤】