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細菌群驅動3D打???

  近日,羅馬大學物理學教授羅伯托·列奧納多開發出一系列微型電機,用細菌和激光就能供能,并開始轉動。納米級的3D打印技術已不新鮮,但相關應用仍不斷推陳出新。其中一種名為“雙光子光刻”的技術成為流行之后,許多審美模型的制作都采用了該技術,包括微觀賽車、航天飛機,甚至古羅馬雕塑等。

  雖然,研究人員也希望將這項技術應用于醫學領域,然而到目前為止,從機械的角度來看,成效有限。例如,一個研究小組就曾用3D打印制成名為“鯊魚”的納米設備,能在磁場中自由移動,其他研究小組則致力于開發新的幾何形狀,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在某些應用中有巨大潛力,打印出的對象具有出人意料的醫學療效。而羅馬大學的科學家則利用此特性,開發出由光控細菌供能的微型電機。在實驗中,列奧納多的團隊展示了36個電轉機是如何運轉一致,預示了3D打印微機械的未來是什么樣。

  列奧納多表示,利用納米技術和微細加工等現代工具,研究者能制作出越來越好的微型機械。通過3D打印的雙光子光刻系統,任何形狀都能打印出來,但想要機械能自主運動,就需要找到動力。用半固態樹脂制作出的機械系統,配合全息光鑷等裝配工具,就能利用激光操縱微小生命體。

  列奧納多實驗團隊推出的特殊電機中,研究者使用了基因工程修正過的大腸桿菌。在微型電機陣列中,每個電機外表上都被蝕刻有15個微室,當研究者滴入一滴包含數千游動的細菌后,它們會一個個游入微室中,頭部在內,鞭毛在外。在合力作用下,細菌變成了微小的“螺旋槳”,像流水轉動水車一樣,轉動3D微型電機。

  由于改造后的大腸桿菌也有自己的游泳方式和行為特點,所以研究者還特意在電機上建立了小小坡道,用45度角傾斜,使扭矩最大化,將其趕進微室,讓鞭毛在腔室外面自如鞭打,推動單個電機轉子運動。但這方法的缺陷在于,細菌產生的推力是間歇性的,馬達旋轉1次耗時大約1分鐘,有時候一些轉子的運動方向還會反向,白白耗力。

  為了聚集和控制細菌,研究者每隔10秒就用激光點亮一次電機系統,從而使系統內每個組件都能步調一致。過去,科學界慣常使用電場或磁場來控制細菌,但造價高昂,不易制成。而用光控制電機系統,操作簡單且成本低,也能讓細菌對環境中的不同信號做出目標反應。列奧納多指出,生命的基本單位是細胞,醫學診斷可以從收集單個細胞開始。目前人類的研究還只是個開始,獨立研究者總是在物理、工程、生物等領域不懈努力,但從納米技術的角度看,不同領域的研究放在一起,社會才能獲得最大益處。

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