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上海交大科学家利用3D打印创建细菌动能微观泵

2015-11-17 11:29:06

上海交大科学家利用3D打印创建细菌动能微观泵


3D打印技术在近几年来取得了显著的进步。除了专门的工业应用和常规的生活应用,它也出现在了越来越多的微观尺度科学研究中。近日,由上海交通大学的张何朋教授带领的一支团队就在3D打印技术的帮助下,解决了微观世界中的一个典型挑战:运动。通过在一个微观的3D打印结构中置入一系列的细菌,他们已经创造了一个非常小而且具有通用性的微观泵。

迄今为止,科学家们已经能够在宏观泵的帮助下驱动粒子运动。不过它们都很笨重,在最小化时并不能很好的工作。幸运的是,现在张何朋和他的团队借助微观世界的居民 — 运动型细菌,开发出了一种功能性的替代方案。这些细菌之所以很强大不仅是因为其存在本身,而且是因为它们是一种比人造电机系统更加高效的发动机。


从本质上说,科学家所做的就是以过去马拉马车的方式利用这些细菌,即借助这些生物天生的运动模式 — 利用自身的鞭毛来推动自己前进 — 来实现需要的功能。如今,张何朋的团队已经找到了一种方法,能够将细菌置入特定位置同时还保持其鞭毛继续摆动,从而获得驱动其它材料的力量。

“我们注意到在玻璃盖玻片上的细菌会发生流动现象,所以随后我们便产生了使用不同细菌作为泵的想法,”张何朋解释说,“我们尝试了多种组织细菌的方法,还发现了非常合适的微观结构。”但是,要凭借传统方法创建一个能够容纳这些细菌的微观结构却并不容易,于是,研究人员们想到了利用3D打印技术。

据中国3D打印第一互动媒体平台南极熊了解,确定方向后,他们选择了对细菌伤害最小的液态光敏树脂材料并用其3D打印出了由多个内部带有空腔的微型砖块组成的螺旋状结构。由于细菌不能倒退,所以一旦它们游进腔室就会被困在里面无法出来,只留下鞭毛伸在外面。通过下面的视频你可以看到,这一突破性技术已经取得了初步的成功:


目前张何朋和他的团队已经在寻求增强这种细菌泵的功能,从而令其成为微观领域专家的有力工具。其中最值得一提的是,他们计划利用游动速度更快细菌来提流体的速度,同时影响更大的区域。如果成功,这将为高效地运输粒子、药物等微观物质开辟一条新的路径。
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