你们是否还记得今年3月份曾经报道过的关于英国科学家在使用3D打印技术开发微型机器人方面获得的突破性进展？他们成功3D打印出了一个微米级机器人：微游泳者（microswimmer）。这种微型机器人可以在人体内运动，甚至可以携带“货物”。而近日，美国加州大学的研究人员也开发出了一种3D打印的智能微机器人：微型鱼（microfish）。据称，这种“微型鱼”可以被注射到血液中执行复杂的特定医疗任务，比如作为传感器、解毒及定向给药等。
相关报道：《3D打印微型机器人在人体内搞“运输”》
这项研究项目是由加州大学圣地亚哥分校纳米工程系陈绍琛教授和Joseph Wang教授领导进行的，其结果于8月12日发行发表在了《先进材料》杂志上。
这种微型鱼堪称是生物医学的一次革命性发明。它们本质上是一种形似鱼类并能够在液体中高效游泳的机器人。这些微型鱼通过过氧化氢化学供电，并能够通过磁性控制。
研究人员进行了一系列有趣的演示证明它其能力。研究人员往微型鱼体内注入了带毒素的纳米粒子，然后将其与聚二乙炔（PDA）纳米颗粒混合在一起，后者能够捕获有害的成孔毒素（pore-forming）。在测试过程中，他们发现，微型鱼快速而有效地清理了自己身上的毒素——这一过程之所以可见，是因为PDA纳米颗粒在结合毒素分子时会发亮并发出红色的荧光。
另外，这仅仅是这些3D打印微型鱼许多可能的应用之一。“这个实验清楚地表明了，微型鱼可以作为一种更加有效地解毒系统和毒素传感器。”研究人员称，“另外一个令人兴奋的应用是将药品封装在微型鱼体内，并将其用于药物的定向释放。”
或许你也会说，如今很多的科学家都已经研发出了各种微型机器人，这些微型鱼的特别之处又在哪里呢？首先，现在全球科学实验室里出现了各种微型机器人，但是这些微型机器人的运动系统都是基于微型射流发动机、微型钻机和微型火箭的。而且大部份的微型机器人都无法执行复杂任务，因为它们通常是很基本的球形或圆柱形结构，此外它们还是无机同质物体。
相比之下，该项目制造的微型鱼的能力要大得多。研究人员可以将功能纳米颗粒进入其身体的某些部分，并且将铂纳米颗粒装在它的尾巴上，使其与过氧化氢反应以推动其向前运动。同时把磁性氧化铁纳米颗粒安装在鱼头部，通过磁性控制其运动方向。“通过从大自然中获得的灵感，我们已经开发出了一种全新的方法来设计出一种比人的头发丝还细、但是具有复杂几何结构的微游泳者。根据这种方法，我们能够轻松地在这种微机器人的内部集成不同的功能，使其具有非常广泛的应用范围。”该论文的共同第一作者Wei Zhu说。
那么，这些微型鱼是如何3D打印出来的？主要依靠由陈绍琛教授团队开发出来的一种3D打印制造工艺——微型连续光打印（或μCOP）。该技术非常快速且可扩展，而且还十分精确、灵活，只需几秒钟即可3D打印出数百条微型鱼，每个都有120微米长、30微米厚。通过计算机，他们尝试赋予它们某些水生生物的形状，比如鲨鱼和蝠鲼等。“使用这种3D打印技术，我们可以不仅仅局限于鱼的形状，也可以根据其他生物的形状快速构建微型机器人，比如鸟类等。”研究人员称。
据了解，这种新型的3D打印技术是基于数字微镜阵列器件（DMD）芯片的，该包含两百万微镜。每个都由一种算法单独控制，根据希望的鱼形图案进行UV光投射。随后这些感光材料就像在SLA 3D打印过程中那样，逐层曝光固化形成微型鱼。
研究人员称“这种方法使得我们更容易测试这些微型机器人的不同设计方案，并尝试将拥有不同功能元素的纳米粒子加入到这些微小的结构中。并在此基础上进一步研究，最终开发出运行更安全、更精确的手术微型机器人。”
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