許多未來學(xué)家設(shè)想在不遠(yuǎn)的將來，人類就有能力往自己的體內(nèi)投放微型機(jī)器人，這些機(jī)器人能夠在我們的血液里游泳，保護(hù)我們免遭毒素傷害，通知我們體內(nèi)的問題，并尋找有害的疾病和病原體當(dāng)場摧毀。當(dāng)然，要真正實(shí)現(xiàn)這一場景，科學(xué)界還有很長的路要走，但我們確實(shí)在朝著這個(gè)方向努力。

事實(shí)上，加州大學(xué)納米工程系的科學(xué)家們最近發(fā)表在《Advanced Materials》上的一篇論文讓我們看到了這個(gè)方向的曙光。該論文題為《3D打印人造微型魚（3D-Printed Artificial Microfish）》，詳細(xì)描述了如何進(jìn)一步開發(fā)這種微觀機(jī)器人，使其能夠在人體內(nèi)定向傳遞藥物，或者用于其它應(yīng)用，比如快速凈化環(huán)境等。

雖然目前出于各種目的，科學(xué)家們已經(jīng)設(shè)計(jì)了許多方法用于創(chuàng)建納米機(jī)器人，但是作者指出，在大多數(shù)情況下，這些機(jī)器人往往使用的是無機(jī)材料，而且形狀極其簡單，無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的功能。因此，他們已經(jīng)開始著手創(chuàng)建更為復(fù)雜的納米機(jī)器人，他們稱之為微型魚（microfish），顧名思義，這種機(jī)器人具有在生物和非生物液體中游泳的能力。

為了要做到這一點(diǎn)，他們已經(jīng)開發(fā)出一種納米級的快速3D打印技術(shù)，他們稱之為微尺度連續(xù)光打印（µCOP，Microscale Continuous Optical Printing）。

 

微型魚的電子顯微鏡圖像：a）微型魚排成整齊的陣型；b）各種尺寸的微型魚；c-h）科學(xué)家設(shè)計(jì)的各種微型魚形狀：分別是小魚、鯊魚和蝠鲼。比例尺，50微米。

“該µCOP技術(shù)提供了高效的制造速度，性能方面也有所提升，包括精細(xì)度的增加、對制造原料的要求也沒那么苛刻等。”研究人員在論文中寫道，“為了能夠以一種經(jīng)濟(jì)和可擴(kuò)展的方式3D打印出精細(xì)而逼真的人造微型魚，我們優(yōu)化了該µCOP系統(tǒng)，制造出能夠自由游動(dòng)的微型魚以用于概念驗(yàn)證，這種微型魚由基于聚（乙二醇）二丙烯酸酯（PEGDA）的水凝膠和功能納米顆粒組成。”

通過這種3D打印技術(shù)，科學(xué)家們能夠使用三種不同的功能性納米粒子制造出微型機(jī)器魚，包括氧化鐵（可通過磁性引導(dǎo)微型魚）、鉑（可通過化學(xué)引導(dǎo)機(jī)器魚），和聚二乙炔（PDA，可用于中和有害的毒素）。通過3D打印微型魚的機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)納米機(jī)器人的定制，以滿足科學(xué)家預(yù)期的目的。

微尺度連續(xù)光打印（µCOP）技術(shù)主要依賴一種數(shù)字微鏡裝置（DMD）芯片，并使用大約2百萬個(gè)微型反射鏡，將UV光投射到光聚合物材料上，采用類似DLP SLA的3D打印技術(shù)，一次固化一層。這使得科學(xué)家們能夠制造出各種形狀的微型魚（蝠鲼，鯊魚等），而且其令人難以置信的小，只有120微米（長）×30微米（厚）。最重要的是，這些微型魚只需幾秒鐘就能制造出來。

 

“要優(yōu)化這些微型魚的游泳能力就需要精確地控制它們的形狀和大小。”研究人員解釋說：“我們的µCOP平臺能夠打造各種復(fù)雜的3D幾何形狀，可以實(shí)現(xiàn)微型魚各種設(shè)計(jì)的高效迭代。”

研究人員還能夠?qū)⑵渌{米材料與PEGDA樹脂混合在一起，比如磁性鐵氧化物，以及催化鉑等。在該論文詳述的實(shí)驗(yàn)中，他們能夠?qū)⒀趸F打印到微型魚的頭部，把催化鉑打印到其尾部，從而能夠精確地控制魚的運(yùn)動(dòng)。通過使用過氧化氫，它們可以與鉑納米微粒產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而作為燃料推動(dòng)微型魚前進(jìn)，而鐵氧化物的磁性可以控制其轉(zhuǎn)向。同時(shí)，根據(jù)打印不同形狀的微型魚，以及調(diào)整過氧化氫的使用量，研究人員能夠以控制微型魚在液體中游泳的速度。

 

科學(xué)家們稱，用來3D打印該水凝膠結(jié)構(gòu)的PEGDA材料已被證明形狀極其穩(wěn)定，從而能夠?qū)㈣F氧化物和鉑納米顆粒固定在指定的位置。研究人員已經(jīng)能夠?qū)⑦@些微型魚放入過氧化物溶液中游泳長達(dá)2小時(shí)，并說，這些魚能夠在室溫下存放長達(dá)一個(gè)星期。

雖然此項(xiàng)研究室圍繞著鐵氧化物和鉑的納米顆粒來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制。但是研究人員指出，其它納米顆粒也可以被用作燃料，比如銀、銥、二氧化錳、過氧化氫酶等。研究人員的下一步計(jì)劃是利用微型魚的周圍環(huán)境，例如水或生物流體等，作為其燃料來源。