研究者3D打印出可在人體中游動(dòng)的納米級機(jī)械魚

微型機(jī)器人一直都是許多未來學(xué)家暢想的東西。它們的體積非常小，以至于可以在我們的血管中暢游，保護(hù)我們免受毒素和病原體的危害，同時(shí)還會(huì)主動(dòng)尋找受損的部位并發(fā)出警告。當(dāng)然這還僅僅是一種設(shè)想，距離真正實(shí)現(xiàn)我們還有很長的路要走。不過，近日的一項(xiàng)研究也許可以為我們指明前進(jìn)的方向。

據(jù)南極熊小編的了解，加州大學(xué)納米工程系近日在《先進(jìn)材料》上發(fā)表了一篇名為“3D打印微型人工魚”研究報(bào)告，所涉及的內(nèi)容很可能進(jìn)一步推動(dòng)微型機(jī)器人在人體藥物遞送以及快速治理環(huán)境等方面的發(fā)展。

盡管現(xiàn)在有多種方法可以制造出多用途的納米機(jī)械，不過它們中的大多數(shù)都是由無機(jī)材料構(gòu)成，而且形狀過于簡單，不能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。因此，加州大學(xué)的研究者們才制造出了更復(fù)雜的納米機(jī)械“微魚”，這個(gè)名字源于它們具備在生物及非生物性液體中游動(dòng)的能力。

為了研制出微魚，研究團(tuán)隊(duì)使用“微觀連續(xù)光學(xué)打印”（(μCOP)）的方法開發(fā)出了一種納米尺度下的形態(tài)。

“μCOP技術(shù)讓我們獲得了更快的制造速度、更高的分辨率，并且在整個(gè)過程中不需要任何強(qiáng)勁的化學(xué)品，”研究者們在報(bào)告中寫道，“為了以經(jīng)濟(jì)和可測量的方式3D打印出具有高度仿真形狀和結(jié)構(gòu)的人工微魚，我們優(yōu)化了μCOP系統(tǒng)，自由構(gòu)建出了基于聚（乙二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）的水凝膠和功能性納米顆粒組成的微魚，以實(shí)現(xiàn)概念驗(yàn)證?！?br />
通過這種3D打印技術(shù)，研究者們們能夠使用三種不同的功能性納米粒子制造出機(jī)械微魚，包括氧化鐵（利用磁力引導(dǎo)微型魚）、鉑（以化學(xué)方式引導(dǎo)微魚），和聚二乙炔（PDA，可用于中和有害的毒素）。通過3D打印的微魚結(jié)構(gòu)，研究者們能夠?qū)崿F(xiàn)納米機(jī)械的定制化，以實(shí)現(xiàn)特定的目的。

微觀連續(xù)光學(xué)打印（μCOP）技術(shù)主要使用一種數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）芯片，以近2百萬個(gè)微型反射鏡將UV光投射到光聚合物材料上，并采用類似DLP或SLA的3D打印技術(shù)，一次固化一層?？茖W(xué)家們因此能夠在相當(dāng)小的尺度下（120微米×30微米），以極短的時(shí)間（幾秒鐘）制造出各種形狀的微魚（如蝠鲼，鯊魚等）。

“精確控制的形狀和大小是優(yōu)化微魚游動(dòng)能力的關(guān)鍵，”研究人員解釋說，“我們的μCOP平臺能夠打造各種復(fù)雜的3D幾何形狀，可以實(shí)現(xiàn)微魚各種設(shè)計(jì)的高速迭代?！?br />
研究人員還能夠?qū)⑵渌{米材料與PEGDA樹脂混合在一起，比如磁性鐵氧化物和鉑催化劑等。在該報(bào)告詳述的實(shí)驗(yàn)中，他們能夠?qū)⒀趸F打印到微魚的頭部，把鉑催化劑打印到其尾部，從而實(shí)現(xiàn)對微魚運(yùn)動(dòng)的精確控制。過氧化氫與鉑納米微粒產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)可以為微魚的運(yùn)動(dòng)提供能量，而鐵氧化物的磁性則可以控制其轉(zhuǎn)向。同時(shí)，通過打印不同形狀的微魚以及調(diào)整過氧化氫的用量，研究者們能夠以控制微型魚在液體中游泳的速度。

研究者們稱，用來3D打印該水凝膠結(jié)構(gòu)的PEGDA材料已被證明形狀極其穩(wěn)定，有能力將鐵氧化物和鉑納米顆粒固定在指定的位置。他們表示，實(shí)驗(yàn)中，這些微型魚在過氧化物溶液中的游動(dòng)時(shí)間長達(dá)2小時(shí)，而且微魚能夠在室溫下存放長達(dá)一個(gè)星期的時(shí)間。

雖然研究的中心是鐵氧化物和鉑對運(yùn)動(dòng)的控制，不過研究者們表示，其它納米顆粒也可以被用作燃料，比如銀、銥、二氧化錳、過氧化氫酶等。他們接下來的計(jì)劃是利用微型魚的周圍環(huán)境，例如水或生物液體等，作為其燃料來源。

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