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上海交大科學(xué)家利用3D打印創(chuàng)建細(xì)菌動能微觀泵

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責(zé)任編輯：傳說的落葉時間：2015-11-25 14:05

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[導(dǎo)讀]近日，由上海交通大學(xué)的張何朋教授帶領(lǐng)的一支團(tuán)隊就在3D打印技術(shù)的幫助下，解決了微觀世界中的一個典型挑戰(zhàn)：運(yùn)動。

3D打印技術(shù)在近幾年來取得了顯著的進(jìn)步。除了專門的工業(yè)應(yīng)用和常規(guī)的生活應(yīng)用，它也出現(xiàn)在了越來越多的微觀尺度科學(xué)研究中。近日，由上海交通大學(xué)的張何朋教授帶領(lǐng)的一支團(tuán)隊就在3D打印技術(shù)的幫助下，解決了微觀世界中的一個典型挑戰(zhàn)：運(yùn)動。通過在一個微觀的3D打印結(jié)構(gòu)中置入一系列的細(xì)菌，他們已經(jīng)創(chuàng)造了一個非常小而且具有通用性的微觀泵。
迄今為止，科學(xué)家們已經(jīng)能夠在宏觀泵的幫助下驅(qū)動粒子運(yùn)動。不過它們都很笨重，在最小化時并不能很好的工作。幸運(yùn)的是，現(xiàn)在張何朋和他的團(tuán)隊借助微觀世界的居民 — 運(yùn)動型細(xì)菌，開發(fā)出了一種功能性的替代方案。這些細(xì)菌之所以很強(qiáng)大不僅是因為其存在本身，而且是因為它們是一種比人造電機(jī)系統(tǒng)更加高效的發(fā)動機(jī)。

從本質(zhì)上說，科學(xué)家所做的就是以過去馬拉馬車的方式利用這些細(xì)菌，即借助這些生物天生的運(yùn)動模式 — 利用自身的鞭毛來推動自己前進(jìn) — 來實現(xiàn)需要的功能。如今，張何朋的團(tuán)隊已經(jīng)找到了一種方法，能夠?qū)⒓?xì)菌置入特定位置同時還保持其鞭毛繼續(xù)擺動，從而獲得驅(qū)動其它材料的力量。
“我們注意到在玻璃蓋玻片上的細(xì)菌會發(fā)生流動現(xiàn)象，所以隨后我們便產(chǎn)生了使用不同細(xì)菌作為泵的想法，”張何朋解釋說，“我們嘗試了多種組織細(xì)菌的方法，還發(fā)現(xiàn)了非常合適的微觀結(jié)構(gòu)。”但是，要憑借傳統(tǒng)方法創(chuàng)建一個能夠容納這些細(xì)菌的微觀結(jié)構(gòu)卻并不容易，于是，研究人員們想到了利用3D打印技術(shù)。
確定方向后，他們選擇了對細(xì)菌傷害最小的液態(tài)光敏樹脂材料并用其3D打印出了由多個內(nèi)部帶有空腔的微型磚塊組成的螺旋狀結(jié)構(gòu)。由于細(xì)菌不能倒退，所以一旦它們游進(jìn)腔室就會被困在里面無法出來，只留下鞭毛伸在外面。通過下面的視頻你可以看到，這一突破性技術(shù)已經(jīng)取得了初步的成功：

目前張何朋和他的團(tuán)隊已經(jīng)在尋求增強(qiáng)這種細(xì)菌泵的功能，從而令其成為微觀領(lǐng)域?qū)＜业挠辛ぞ?。其中最值得一提的是，他們計劃利用游動速度更快?xì)菌來提流體的速度，同時影響更大的區(qū)域。如果成功，這將為高效地運(yùn)輸粒子、藥物等微觀物質(zhì)開辟一條新的路徑。

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