追逐光明的纳米机器

扫描电子显微镜下的雅努斯树“森林”。（南方周末资料图/图）

香港大学的科学家研发出了世界上第一款自动化的趋光纳米机器，这种机器无需任何帮助就能够在液体环境中游向有光的区域。由于其具有尺度小和自动化的特点，这种纳米机器未来有望在很多领域取得应用。医生有可能能够将药物引导到常规方法难以到达的组织和器官深处，大大提高药物的治疗效果。

从生命诞生的那一天起，追求光明的活动就从不鲜见。最常见的例子是一些藻类，这些微生物的趋光性使它们能更多地捕获光，使它们有利于完成生存所必需的光合作用。长期以来，科学家对这种趋光性一直都抱有着浓厚的兴趣。随着材料科学和纳米技术的飞速发展，很多科学家都看到了这种趋光性潜在的应用前景，因此一直在尝试设计制造具有趋光性的微观机器。

香港大学的科学家最近在这方面取得了重大的研究进展，研发出了世界上第一款自动化的趋光纳米机器，这种机器无需任何帮助就能够在液体环境中游向有光的区域。由于其具有尺度小和自动化的特点，这种纳米机器未来有望在很多领域取得应用。这项研究最近发表在了国际顶级科学期刊《自然纳米技术》杂志上。

纳米级的“雅努斯树”

领导这项研究的是香港大学化学系的材料科学家唐晋尧。他实验室的科学家主要使用了两种半导体材料来制造这种纳米尺度的趋光机器（制造这种趋光机器实际上用了不止两种材料。但其它材料用量很少，涉及的原理也较复杂，本文不赘述）：硅和二氧化钛。这种纳米趋光机器的外观很特别，非常像一棵树。整个机器包括“树干”和“树冠”两部分。其中构成“树干”的是硅材料，而“树冠”则是由一根根的二氧化钛纳米线集中在“树干”的一端组成的。由于整棵树的两端由两种不同的材料构成，因此科学家们把这种“树”称作“雅努斯纳米树”（Janus Nanotrees）。其中的“雅努斯”这个词贴切地借用了古罗马神话中罗马人的保护神雅努斯的名字，因为在罗马神话中雅努斯被刻画为拥有背靠背的两张面孔。

在制造这种雅努斯树时，科学家首先通过蚀刻反应在一张硅片上刻出一根根耸立的“树干”，随后会把少量的二氧化钛作为“种子”“点”到硅“树干”的一端，并通过特定的反应让构成“树冠”的二氧化钛纳米线一点点地从“树干”