形似長(zhǎng)著須子的小魚(yú)，可以在人體血糖環(huán)境中游動(dòng)，當(dāng)環(huán)境達(dá)到設(shè)定條件就能自動(dòng)降解，釋放出藥物……近期，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所陶虎團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)夏小霞、錢(qián)志剛合作，用基因重組的蜘蛛絲蛋白3D打印出納米機(jī)器人，加工精度達(dá)到14納米，這一技術(shù)有望用于智能仿生感知、藥物遞送納米機(jī)器人等領(lǐng)域。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上。
人們生活中毫不起眼的蜘蛛絲，其實(shí)是自然界中的一種高強(qiáng)度纖維，它的硬度和韌性甚至要比同尺寸的鋼絲強(qiáng)上一倍，但缺點(diǎn)是產(chǎn)量小且非標(biāo)準(zhǔn)化。
為了批量獲得“升級(jí)版”蜘蛛絲蛋白，研究人員從天然蜘蛛絲中提取出一段強(qiáng)度表現(xiàn)好且重復(fù)性好的基因序列，轉(zhuǎn)入大腸桿菌中培養(yǎng)，進(jìn)而生成3D打印所需的蜘蛛絲蛋白。
以葡萄糖為燃料的可定向驅(qū)動(dòng)納米魚(yú)
用電子束進(jìn)行三維光刻可以進(jìn)一步提高加工精度，但此前由于各類材料強(qiáng)度不夠，電子束三維光刻容易坍塌。因?yàn)榻?jīng)常與蠶絲、蜘蛛絲打交道，陶虎想到了蜘蛛絲蛋白。“太不可思議了！蜘蛛絲蛋白天然抗菌，力度好，可降解，成功實(shí)現(xiàn)三維光刻，并將3D打印的加工精度從百納米級(jí)提升到了14納米。”陶虎說(shuō)，“14納米相當(dāng)于蜘蛛絲蛋白單個(gè)分子的尺寸，已經(jīng)迫近了精度極限。”
因?yàn)橐谘旱拳h(huán)境中游動(dòng)，納米機(jī)器人被設(shè)計(jì)成了魚(yú)的形狀，“小魚(yú)”身上最精細(xì)的部位是它的須子，只有50納米粗細(xì)，約為頭發(fā)絲直徑的千分之一。
有趣的是，這樣3D打印出來(lái)的“小魚(yú)”雖然沒(méi)有動(dòng)力系統(tǒng)，但卻可以在人體血液中自由游動(dòng)。研究人員從基因?qū)用鎸?duì)蜘蛛絲蛋白做功能化修飾，使“小魚(yú)”可以將人體內(nèi)普遍存在的葡萄糖作為生物燃料，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氧氣，一個(gè)個(gè)包裹著氧氣的小氣泡圍繞在“小魚(yú)”周圍，當(dāng)氣泡破裂便可驅(qū)動(dòng)“小魚(yú)”向特定方向游動(dòng)。
對(duì)酸堿度響應(yīng)的可降解納米魚(yú)
同樣通過(guò)功能化處理，“小魚(yú)”可以被設(shè)定為對(duì)酸堿度、溫度或光等條件敏感響應(yīng)，當(dāng)環(huán)境達(dá)到設(shè)定條件時(shí)，“小魚(yú)”自動(dòng)降解，不會(huì)給身體造成負(fù)擔(dān)。
