120微米长的一天到晚游泳的“鱼儿”

在不远的将来,未来学家设想人类有能力在自己的体内放置微型机器人,这些机器人能够在我们的血液里游泳,查出我们体内的问题,寻找有害的疾病和病原体并且当场摧毁。虽然要真正实现这一场景,科学界还有很长的路要走,但科学家们确实在朝着这个方向努力。

英国的科学家打印出微型游泳“机器人”以后,美国加州大学纳米工程系的科学家们已经开始着手创建更小,更为复杂的纳米机器人,并给了它美国式的可爱名字:微型鱼(microfish)。这种机器人可以通过磁力和化学反应来控制方向和速度。具有在生物和非生物液体中游泳的能力。研究人员已经能够将这些微型鱼放入过氧化物溶液中游泳长达2小时,这些鱼能够在室温下存放长达一个星期。

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为了要做到这一点,科学家还开发出一种纳米级的快速3D打印技术,称之为微尺度连续光打印(µCOP,Microscale Continuous Optical Printing)。微尺度连续光打印(µCOP)技术主要依赖一种数字微镜装置(DMD)芯片,并使用大约2百万个微型反射镜,将UV光投射到光聚合物材料上,采用类似DLP SLA的3D打印技术,一次固化一层。这使得科学家们能够制造出各种形状的微型鱼(蝠鲼,鲨鱼等),而且其令人难以置信的小,只有120微米(长)×30微米(厚)。最重要的是,这些微型鱼只需几秒钟就能制造出来。

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为了能够以一种经济和可扩展的方式3D打印出精细而逼真的人造微型鱼,科学家们优化了该µCOP系统,制造出能够自由游动的微型鱼以用于概念验证,科学家们能够使用三种不同的功能性纳米粒子制造出微型机器鱼,包括氧化铁(可通过磁性引导微型鱼)、铂(可通过化学引导机器鱼),和聚二乙炔(PDA,可用于中和有害的毒素)。

研究人员还能够将其他纳米材料与PEGDA树脂混合在一起,比如磁性铁氧化物,以及催化铂等。用来3D打印该水凝胶结构的PEGDA材料已被证明形状极其稳定,从而能够将铁氧化物和铂纳米颗粒固定在指定的位置。科学家们能够将氧化铁打印到微型鱼的头部,把催化铂打印到其尾部,从而能够精确地控制鱼的运动。通过使用过氧化氢,它们可以与铂纳米微粒产生化学反应,从而作为燃料推动微型鱼前进,而铁氧化物的磁性可以控制其转向。通过打印微型鱼的不同形状,以及调整过氧化氢的配比,研究人员能够控制微型鱼在液体中游泳的速度。其它纳米颗粒也可以被用作燃料,比如银、铱、二氧化锰、过氧化氢酶等。研究人员的下一步计划是利用微型鱼的周围环境,例如水或生物流体等,作为其燃料来源。

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来源:3dprint.com

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