研究者3D打印出可在人体中游动的纳米级机械鱼

微型机器人一直都是许多未来学家畅想的东西。它们的体积非常小，以至于可以在我们的血管中畅游，保护我们免受毒素和病原体的危害，同时还会主动寻找受损的部位并发出警告。当然这还仅仅是一种设想，距离真正实现我们还有很长的路要走。不过，近日的一项研究也许可以为我们指明前进的方向。

据南极熊小编的了解，加州大学纳米工程系近日在《先进材料》上发表了一篇名为“3D打印微型人工鱼”研究报告，所涉及的内容很可能进一步推动微型机器人在人体药物递送以及快速治理环境等方面的发展。

尽管现在有多种方法可以制造出多用途的纳米机械，不过它们中的大多数都是由无机材料构成，而且形状过于简单，不能实现复杂的功能。因此，加州大学的研究者们才制造出了更复杂的纳米机械“微鱼”，这个名字源于它们具备在生物及非生物性液体中游动的能力。

为了研制出微鱼，研究团队使用“微观连续光学打印”（(μCOP)）的方法开发出了一种纳米尺度下的形态。

“μCOP技术让我们获得了更快的制造速度、更高的分辨率，并且在整个过程中不需要任何强劲的化学品，”研究者们在报告中写道，“为了以经济和可测量的方式3D打印出具有高度仿真形状和结构的人工微鱼，我们优化了μCOP系统，自由构建出了基于聚（乙二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）的水凝胶和功能性纳米颗粒组成的微鱼，以实现概念验证。”

通过这种3D打印技术，研究者们们能够使用三种不同的功能性纳米粒子制造出机械微鱼，包括氧化铁（利用磁力引导微型鱼）、铂（以化学方式引导微鱼），和聚二乙炔（PDA，可用于中和有害的毒素）。通过3D打印的微鱼结构，研究者们能够实现纳米机械的定制化，以实现特定的目的。

微观连续光学打印（μCOP）技术主要使用一种数字微镜设备（DMD）芯片，以近2百万个微型反射镜将UV光投射到光聚合物材料上，并采用类似DLP或SLA的3D打印技术，一次固化一层。科学家们因此能够在相当小的尺度下（120微米×30微米），以极短的时间（几秒钟）制造出各种形状的微鱼（如蝠鲼，鲨鱼等）。

“精确控制的形状和大小是优化微鱼游动能力的关键，”研究人员解释说，“我们的μCOP平台能够打造各种复杂的3D几何形状，可以实现微鱼各种设计的高速迭代。”

研究人员还能够将其他纳米材料与PEGDA树脂混合在一起，比如磁性铁氧化物和铂催化剂等。在该报告详述的实验中，他们能够将氧化铁打印到微鱼的头部，把铂催化剂打印到其尾部，从而实现对微鱼运动的精确控制。过氧化氢与铂纳米微粒产生的化学反应可以为微鱼的运动提供能量，而铁氧化物的磁性则可以控制其转向。同时，通过打印不同形状的微鱼以及调整过氧化氢的用量，研究者们能够以控制微型鱼在液体中游泳的速度。

研究者们称，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，有能力将铁氧化物和铂纳米颗粒固定在指定的位置。他们表示，实验中，这些微型鱼在过氧化物溶液中的游动时间长达2小时，而且微鱼能够在室温下存放长达一个星期的时间。

虽然研究的中心是铁氧化物和铂对运动的控制，不过研究者们表示，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。他们接下来的计划是利用微型鱼的周围环境，例如水或生物液体等，作为其燃料来源。

via 3dprint