不需要電的3D打印新技術(shù)，細(xì)菌群驅(qū)動(dòng)3D打印

據(jù)南極熊了解。近日，羅馬大學(xué)物理學(xué)教授羅伯托·列奧納多開發(fā)出一系列微型電機(jī)，用細(xì)菌和激光就能供能，并開始轉(zhuǎn)動(dòng)。納米級(jí)的3D打印技術(shù)已不新鮮，但相關(guān)應(yīng)用仍不斷推陳出新。其中一種名為“雙光子光刻”的技術(shù)成為流行之后，許多審美模型的制作都采用了該技術(shù)，包括微觀賽車、航天飛機(jī)，甚至古羅馬雕塑等。

雖然，研究人員也希望將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，然而到目前為止，從機(jī)械的角度來看，成效有限。例如，一個(gè)研究小組就曾用3D打印制成名為“鯊魚”的納米設(shè)備，能在磁場(chǎng)中自由移動(dòng)，其他研究小組則致力于開發(fā)新的幾何形狀，以提高靶向遞送藥物的成功概率。過往研究的確證明了納米技術(shù)在某些應(yīng)用中有巨大潛力，打印出的對(duì)象具有出人意料的醫(yī)學(xué)療效。而羅馬大學(xué)的科學(xué)家則利用此特性，開發(fā)出由光控細(xì)菌供能的微型電機(jī)。在實(shí)驗(yàn)中，列奧納多的團(tuán)隊(duì)展示了36個(gè)電轉(zhuǎn)機(jī)是如何運(yùn)轉(zhuǎn)一致，預(yù)示了3D打印微機(jī)械的未來是什么樣。

列奧納多表示，利用納米技術(shù)和微細(xì)加工等現(xiàn)代工具，研究者能制作出越來越好的微型機(jī)械。通過3D打印的雙光子光刻系統(tǒng)，任何形狀都能打印出來，但想要機(jī)械能自主運(yùn)動(dòng)，就需要找到動(dòng)力。用半固態(tài)樹脂制作出的機(jī)械系統(tǒng)，配合全息光鑷等裝配工具，就能利用激光操縱微小生命體。
列奧納多實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)推出的特殊電機(jī)中，研究者使用了基因工程修正過的大腸桿菌。在微型電機(jī)陣列中，每個(gè)電機(jī)外表上都被蝕刻有15個(gè)微室，當(dāng)研究者滴入一滴包含數(shù)千游動(dòng)的細(xì)菌后，它們會(huì)一個(gè)個(gè)游入微室中，頭部在內(nèi)，鞭毛在外。在合力作用下，細(xì)菌變成了微小的“螺旋槳”，像流水轉(zhuǎn)動(dòng)水車一樣，轉(zhuǎn)動(dòng)3D微型電機(jī)。

由于改造后的大腸桿菌也有自己的游泳方式和行為特點(diǎn)，所以研究者還特意在電機(jī)上建立了小小坡道，用45度角傾斜，使扭矩最大化，將其趕進(jìn)微室，讓鞭毛在腔室外面自如鞭打，推動(dòng)單個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。但這方法的缺陷在于，細(xì)菌產(chǎn)生的推力是間歇性的，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)1次耗時(shí)大約1分鐘，有時(shí)候一些轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向還會(huì)反向，白白耗力。

為了聚集和控制細(xì)菌，研究者每隔10秒就用激光點(diǎn)亮一次電機(jī)系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)組件都能步調(diào)一致。過去，科學(xué)界慣常使用電場(chǎng)或磁場(chǎng)來控制細(xì)菌，但造價(jià)高昂，不易制成。而用光控制電機(jī)系統(tǒng)，操作簡單且成本低，也能讓細(xì)菌對(duì)環(huán)境中的不同信號(hào)做出目標(biāo)反應(yīng)。列奧納多指出，生命的基本單位是細(xì)胞，醫(yī)學(xué)診斷可以從收集單個(gè)細(xì)胞開始。目前人類的研究還只是個(gè)開始，獨(dú)立研究者總是在物理、工程、生物等領(lǐng)域不懈努力，但從納米技術(shù)的角度看，不同領(lǐng)域的研究放在一起，社會(huì)才能獲得最大益處。

來源：北京青年報(bào)
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