你們是否還記得今年3月份曾經報道過的關于英國科學家在使用3D打印技術開發(fā)微型機器人方面獲得的突破性進展？他們成功3D打印出了一個微米級機器人：微游泳者（microswimmer）。這種微型機器人可以在人體內運動，甚至可以攜帶“貨物”。而近日，美國加州大學的研究人員也開發(fā)出了一種3D打印的智能微機器人：微型魚（microfish）。據稱，這種“微型魚”可以被注射到血液中執(zhí)行復雜的特定醫(yī)療任務，比如作為傳感器、解毒及定向給藥等。
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這項研究項目是由加州大學圣地亞哥分校納米工程系陳紹琛教授和Joseph Wang教授領導進行的，其結果于8月12日發(fā)行發(fā)表在了《先進材料》雜志上。
這種微型魚堪稱是生物醫(yī)學的一次革命性發(fā)明。它們本質上是一種形似魚類并能夠在液體中高效游泳的機器人。這些微型魚通過過氧化氫化學供電，并能夠通過磁性控制。
研究人員進行了一系列有趣的演示證明它其能力。研究人員往微型魚體內注入了帶毒素的納米粒子，然后將其與聚二乙炔（PDA）納米顆?；旌显谝黄穑笳吣軌虿东@有害的成孔毒素（pore-forming）。在測試過程中，他們發(fā)現(xiàn)，微型魚快速而有效地清理了自己身上的毒素——這一過程之所以可見，是因為PDA納米顆粒在結合毒素分子時會發(fā)亮并發(fā)出紅色的熒光。
另外，這僅僅是這些3D打印微型魚許多可能的應用之一。“這個實驗清楚地表明了，微型魚可以作為一種更加有效地解毒系統(tǒng)和毒素傳感器。”研究人員稱，“另外一個令人興奮的應用是將藥品封裝在微型魚體內，并將其用于藥物的定向釋放。”
或許你也會說，如今很多的科學家都已經研發(fā)出了各種微型機器人，這些微型魚的特別之處又在哪里呢？首先，現(xiàn)在全球科學實驗室里出現(xiàn)了各種微型機器人，但是這些微型機器人的運動系統(tǒng)都是基于微型射流發(fā)動機、微型鉆機和微型火箭的。而且大部份的微型機器人都無法執(zhí)行復雜任務，因為它們通常是很基本的球形或圓柱形結構，此外它們還是無機同質物體。
相比之下，該項目制造的微型魚的能力要大得多。研究人員可以將功能納米顆粒進入其身體的某些部分，并且將鉑納米顆粒裝在它的尾巴上，使其與過氧化氫反應以推動其向前運動。同時把磁性氧化鐵納米顆粒安裝在魚頭部，通過磁性控制其運動方向。“通過從大自然中獲得的靈感，我們已經開發(fā)出了一種全新的方法來設計出一種比人的頭發(fā)絲還細、但是具有復雜幾何結構的微游泳者。根據這種方法，我們能夠輕松地在這種微機器人的內部集成不同的功能，使其具有非常廣泛的應用范圍。”該論文的共同第一作者Wei Zhu說。
那么，這些微型魚是如何3D打印出來的？主要依靠由陳紹琛教授團隊開發(fā)出來的一種3D打印制造工藝——微型連續(xù)光打印（或μCOP）。該技術非常快速且可擴展，而且還十分精確、靈活，只需幾秒鐘即可3D打印出數百條微型魚，每個都有120微米長、30微米厚。通過計算機，他們嘗試賦予它們某些水生生物的形狀，比如鯊魚和蝠鲼等。“使用這種3D打印技術，我們可以不僅僅局限于魚的形狀，也可以根據其他生物的形狀快速構建微型機器人，比如鳥類等。”研究人員稱。
據了解，這種新型的3D打印技術是基于數字微鏡陣列器件（DMD）芯片的，該包含兩百萬微鏡。每個都由一種算法單獨控制，根據希望的魚形圖案進行UV光投射。隨后這些感光材料就像在SLA 3D打印過程中那樣，逐層曝光固化形成微型魚。
研究人員稱“這種方法使得我們更容易測試這些微型機器人的不同設計方案，并嘗試將擁有不同功能元素的納米粒子加入到這些微小的結構中。并在此基礎上進一步研究，最終開發(fā)出運行更安全、更精確的手術微型機器人。”
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