一项前所未有的控制制造显微小球的新技术产生了。科学家希望能将小球应用到从人造血到激光引爆靶子等各项工作中去。

自然界天然生成了很多球状物，现在科学家也试图做出同样的球状物。球形在可能有的几何图形中其表面积最大，而且没有边和角，这使它们成了非常坚固的容器，这就是为什么几十年来工程师总是把充气的微型玻璃球作为制造从油漆到自动装置的主要材料｝最近的材料科学家已经制成了小球状新的药物载体而不是用大的高分子化合物和聚集体作为载体，（《科学》1994. 7. 15. 第316页），现在的球形材料制造科学家们掌握了许多新的构造技术使他们比以前能在更大程度上控制小球形状、材料和表面的平整度，这些性能能使这些球形材料应用到一些新的领域。

伊利诺斯大学化学家肯 · 萨斯莱克（Ken Sucllek）和他的研究生麦克 · 伍（Mike Wong）正在制造一种有潜在价值的人造血，他们是用高频声波使携带氧气的血红蛋白融合在直径只有2微米大小的微型球里（大约只有一个红血球的1/4大小，血红蛋白原来就储存在红血球里）。血红蛋白携带着氧在微型球的表面，氧气有时也被束缚在微型球的中心，试验表明每个这样的微型球所携带的氧气比原来红血球里血红蛋白所携带的氧气要多50%。

“多么吸引人和使人激动”，伊利诺斯大学的材料科学家莫里斯 · 伯格（Morris Berg）是这样形容这一工作的。这个成果也吸引丁人工血液制造专家的注意。其中一位，加利福尼亚大学圣迭戈分校的罗伯特 · 温斯洛（Robref Winslow）说这项研究“很有趣”，因为这项成就已超过了目前临床使用的以血红蛋白为基础的人造血。同时，他提醒说所有的人造血都需要“跨过一些相当大的障碍”才能应用到临床上。

制造没有血红蛋白功能的小球的能力本身是没有什么意义的。这项技术也只是在最近波士顿召开的材料科学会议所展示的一些有价值的微型球制品方法中的一项而已。许多这样的技术都是相对独立研究取得，并且是在这次研究会议上初次露面的。伊利诺斯大学一位陶瓷专家是这样说的：“这次会议介绍给我们的每一项技术都是第一次展示的。”自然，研究者们也提醒说，这些技术中的大部分仍然不能走出实验室而进入到实际应用，尚不能对它们寄予太高的期望。

用声波融合

萨斯莱克所研究的血红蛋白微型球是一种新的、刚研制的技术，研究者希望它能尽快转向临床应用。研究者在这以前已经试图不用血红蛋白分子作为人造血，但是当他们裸露蛋白质时，由于在循环系统中有溶解蛋白酶使得血红蛋白很快融解了并且形成了对肾有害的毒素。但是萨斯莱克和伍相信如果使大约100万个血红蛋白分子融合在一起形成一个足够大的球体将能够抗御消化酶（溶解蛋白酶）的分解作用，但是要小于通过毛细张力作用使它们融在一起的限度。

萨斯莱克和伍开始用超声波去振荡含有血红蛋白的水溶液。由这些高频率声波产生的搅动在水溶液中就制造出一个个的小气泡。血红蛋白分子就被吸收到这些气泡的表面，因为在血红蛋白里面有一些疏水的组分，它们被水排斥。为了摆脱水的约束，它们就使自己围绕着气泡周围排列起来，并且使部分分子面对面排列。

当这个过程出现时，在溶液中其它的气泡就消失了，原因在于我们所熟悉的空穴现象。由这些爆裂的气泡产生出来的压力强大到足以使水分子被撕裂开来成为一个个单一的水原子组分。在这些原子成分之间会发生结合并生成一个叫作超氧水（HO₂）的化合物；超氧水分子同紧邻血￥蛋白分子产生被叫做半胱氨酸的氨基酸反应，并且使它们融合在一个“融集点”里，伍介绍说，这个融合过程将一直持续到100万个血红蛋白联结在一个血红蛋白微型球里才会结束。

这个球仍然保持了血红蛋白在高压情况下，像在肺里，吸收氧气的能力，在低压下又能放出氧气，如同在身体的其他组织里的情况。在球的空穴中心里吸收和散布着一些多余的氧。同普通血液相比它能携带更多的氧，而且这些血红蛋白微型球还有寿命较长的优点。一个成人全身的血液大约只有几个星期就更新一次，而血红蛋白微型球在6个月后仍有80%的活力。然而，尽管萨斯莱克称这项技术有非常远大的应用前景，但它仍需等待通过动物和人体的临床检验，第一批的试验对象已经进驻了伊利诺斯大学。

干燥的水珠

供职于加利福尼亚的EI Segundo的美国宇航公司的唐 · 斯匹克曼（Donna Speckman）在波士顿会议上发言说，在运用各种不同的超声波技术后，应该再进行一个干燥的过程，她和她和同事们正在研制用陶瓷的有导电性的微型小球作为卫星和其他航天器防静电外罩。来自于一些粒子像质子的撞击能在航天器表面形成潜在的电，这些电能像闪电一样放出能量并破坏飞船上的电子设备。防静电的薄膜能阻止静电产生并把静电释放到航天器外，然后这些静电得以散失，但是目前由氧化铟锡所制成的防护罩薄膜容易爆裂从而失效。

斯匹克曼和她的同事们相信导电的柔软的塑料护罩其性能会好一些。她们起初把一些导电的氧化钢微粒加到塑料中。但据斯匹克曼说，没有固定形状的氧化铟颗粒胡乱排列并固结起来，使它们对导电的塑料护罩来说毫无用处。因此研究小组转向了微型小球，因为它们能像々球那样一个接一个排列下来。

研究人员首先把可溶性的醋酸铟放入水中来造小球。接着把一个超导声波变频器置入容器中，然后不断振荡，产生微滴薄雾，这些微滴浸入并落到一个在650�淖镄氖怨芾铩５闭庑┪⒌卧谌鹊氖怨芾锘郝侣涫保邮怨鼙砻嬲舴⒊鋈ィ姿犷鞑性采展饬耍涣粝铝酥锌盏挠驳难趸魈沾尚∏颍芯啃∽榻幼虐颜庑┬∏蚍胖玫剿芰现校菟蛊タ寺樯埽锌盏墓乖煊兄谡庑┬∏蚱〔⑵骄胤稚⒌剿芰现校蕴岣咚牡嫉缧浴�/p>

宾夕法尼亚州立大学的陶瓷专家加里 · 梅辛（Gary Messing）教授也已经研制出一种相关的技术，他说微滴干燥的方法能使研究人员更好地控制以生产出小球，“因为从你放入溶液的任何物质你都可以造出小球”，梅辛已经从氧化铝和氧化镓中造出小球，他还希望能够造出组分为陶瓷、金属、高分子聚合物、合金的各式小球。这接着就可以在蜂窝电话的微波过滤器和电子新材料这里找到商业性应用开发的机会了。

弄平的方法

另外的一种应用方法取决于制作中空的小球，并且尽可能地把它们弄得异乎寻常的平坦，这可能是所有技术中最鼓舞人心的，因为这些小球将作为激光引爆试验中的燃料容器。位于加利福尼亚州的劳伦斯 · 利夫莫尔（Lawrence Livermore）国家实验室的罗伯特 · 考克（Robret Cook）和他的同事已经制造了极其平坦的塑料微型小球以便重新制造出像太阳中那样的热核反应，这需要使氢原子结合得很紧密得以燃烧放出多余的能量。

为了达到这个目的，考克说，必须以同样的压力，在同样的瞬时从各个方向压缩那种被称作氘的重氢燃料。这就需要有一系列强有力的激光束从目标（燃料）四周来照射它以起动压缩过程，装载燃料的球体要足够平坦以保证使爆发平稳地进行，因为有一种不稳定性会迅速增加从而阻止爆发过程的进行。早期激光引爆试验是用中空的玻璃微型小球作为激光的靶子，但是并没有成功。当经过计算后，显示了以碳为材料的微型小球会使压缩燃料的效果更有效，于是研究人员转向采用碳塑料材料。

由考克和他的同事们制造的小球包含极其平滑的三层，这些层面的凸起和凹陷的幅度小到只有500微米小球的直径的0.0004%。当最外的一层形成后重氢就被置入中间。为了制成第一层——最里面的一层，研究开始用聚苯乙烯溶液作为材料，因为斯匹克曼的“微滴干燥”技术已经成功，运用这个技术考克和他的同事制成一个个极小的微滴，它们从15英尺高的高度冷凝滴下，当微滴落下时，其表面的溶剂蒸发了，留下了一个聚苯乙烯的薄膜。不过，多余的溶剂隐藏在微滴中间，在那里它们不能被蒸发，因此微型小球将被加热直到这些溶剂汽化。这就使得塑料（聚苯乙烯）薄膜受热鼓起像一个膨胀的气球直到这些薄膜薄到能溶解汽化以后能够逃逸出去。并且，像一个打了气的汽球，不管里壁和外膜，塑料微型小球都是极其平滑的。

这些小球将到包含有Poly（乙烯醇）的溶液中去泡一泡，然后开始另一次下落的过程。同上面所讲的下落不一样，这第二次干燥的目的在于在聚苯乙烯薄膜外面形成一层坚硬的乙烯醇外壳。这层外壳形成了一层密封层使得重氢燃料不致泄漏。然后再在外层加一塑料壳层。这一塑料外壳层在引爆试验时将熔化，产生对称的凹陷以压缩燃料。最后，小球将放在充满重氢的、高压的小室里一段时间，压力将会使重氢燃料穿透小球的三个层间而进入小球核心部分。

利夫莫尔小组的最终目标——这同样也是其他小组的目标是通过聚变反应生产更多的能量，当然这要耗费10万焦耳能量的激光。但是这点能量离产生“自动链式裂变反应”的临界能差距很大，这些微型小球生产更多的能量来供激光使用。为了希望达到临界点，研究人员必须用能量更大的激光，更深程度上压缩燃料。这将追加能量花费，这种能量将由在这一过程上产生的附加能量给以补偿。

如果考克能把小球体积扩大到现在的4倍，将需要有一个空间来装额外需要的燃料。世界上许多的研究小组，包括考克这个小组，正在朝这个目标迈进。他们的愿望是希望在国家点火装置设备上进行试验，但现在资金仍然没有着落。

吹制微小的球体

当考克的研究小组试图将小球造大一点，另外一些研究者却试图将小球做小，甚至小到肉眼看不见的程度。在波士顿会议上展示的一项技术——用由电子负载的一种微小的流动的微滴来制造相对极小尺寸（像小人国那样的）的小球，大约比10个毫微米还要小，是人的头发厚度的0.01%弱。伊林内斯 · 金（Illioniss kim）研制了这种技术，他补充道：“这种方法能用一些化学物质来制造那样的毫微米大小的小球。”金和他的同事已经运用这项技术从玻璃、氧化铁、氧化钽和氧化钡钛中制出这种毫微米级的小球。虽然这种小球能被用来控制由单个电子的无规则运动所造成的物质运动，但它的运用似乎已经超前了。

为了制出他们需要的极小的玻璃小球，科学家们用一些混杂的球形物质——硅酸盐和乙烯醇的混和物，然后把它们投到溶液中。研究人员使这些液体流入毫米大小的喷管，这个过程能生产出相对较大的微滴（直径2毫米），原因在于这么大尺寸的微滴有足够的重量克服毛细管压力使液体留在喷管中。

为了使微滴变小，金和他的同事把它们吹开。他们把一个敏捷的薄电极插入弯管使得微滴形成时能附着电极的尖部。接着把一些电子射入液体中，这些带负电的电子相互排斥，使得微滴分开；表面张力使新生成的毫微米大小的微滴聚集起来。金说：“这好像是使液体变重以便更小的微滴得以形成当这些小微滴落下时，乙烯醇蒸发了而这些微滴凝固了。

金相信这些毫微米大小的小球在构造某些特殊的半导体的结构，像著名的能够俘获电子和其它激发粒子的量子点时有用处的，这些量子点俘获电子和其它粒子后能迫使它们以特定的波长发射光线。世界电子公司的技术人员都在用像可调的半导体激光器和发光二极管来研制这种异乎寻常的点。现在被用来制造这些点的最普通的方法就是在半导体表面蚀刻出它们，一个接一个排列着，蚀刻的工具是电子束。但是这样的技术太缓慢且昂贵，这是由明尼苏达大学的材料专家Chris Palmstrom介绍的。

由金提出的一个可替代的方法是把毫微米大小的微型小球放置在半导体表面作为模板。这种方法是用化学方法来蚀刻半导体表面而不是用电子束来雕刻，但是留下微型小球所放置的地方，因此用来作量子点所在位置的地点就是未受蚀刻的。Palmstrom说：“这样一种方法一定是制造量子点的便利的途径。”但是金说：“把这种量子点排列成适合电子仪器的模式的能力现在还没有得到证明。”

即使这种运用或者小球的其他运用的企图现在都还没有成功，很明显应该在已经激发起灵感的科学家——小球的制造者之间构造新的联系桥梁。

[Science，1995年1月20日]