最新突破！中國(guó)科學(xué)家研發(fā)出3D打印納米機(jī)器人，材料竟是蜘蛛絲？

據(jù)新華社官微報(bào)道，近期，中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所陶虎團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)夏小霞、錢志剛合作，成功的用基因重組的蜘蛛絲蛋白3D打印出納米機(jī)器人。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。

據(jù)介紹，該技術(shù)加工精度可達(dá)14nm，接近天然絲蛋白單分子尺寸（~10nm），較之前技術(shù)提升了1個(gè)數(shù)量級(jí)。

據(jù)了解，蜘蛛絲蛋白是具有極好的彈性和強(qiáng)度的蜘蛛絲的主要構(gòu)成成分，包含甘氨酸、丙氨酸以及少量的絲氨酸，加上其它氨基酸單體蛋白質(zhì)分子鏈構(gòu)成。

蜘蛛絲中的不規(guī)則的蛋白質(zhì)分子鏈（非晶區(qū)），使蜘蛛絲具有彈性；蜘蛛絲中規(guī)則的蛋白質(zhì)分子鏈（結(jié)晶區(qū)），又使蜘蛛絲具有強(qiáng)度。

實(shí)驗(yàn)表明，一束由蜘蛛絲組成的繩子比同樣粗細(xì)的鋼絲繩還要堅(jiān)韌，它能夠承受比鋼絲繩還多5倍的重量而不會(huì)斷裂。

蜘蛛絲蛋白優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度為復(fù)雜三維納米結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵支持，良好的生物相容性允許進(jìn)一步通過(guò)功能化，實(shí)現(xiàn)可載藥、可驅(qū)動(dòng)、可降解的4D納米功能器件（時(shí)空可變形），在智能仿生感知、藥物遞送納米機(jī)器人、類器官芯片等研究領(lǐng)域具有明確的應(yīng)用前景。

由于在自然界中獲取大量蜘蛛絲非常困難，該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)基因重組蜘蛛絲蛋白光刻膠，通過(guò)優(yōu)化重組蜘蛛絲基因片段和分子量，結(jié)合基于百萬(wàn)級(jí)數(shù)量電子的大規(guī)模仿真模擬，實(shí)時(shí)控制加速電壓調(diào)控電子在絲蛋白光刻膠里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，實(shí)現(xiàn)了分子級(jí)別精度的真三維納米功能器件直寫(xiě)。

因?yàn)橐�在血液等環(huán)境中游動(dòng)，3D直寫(xiě)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)。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)。

據(jù)悉，該技術(shù)成果加工精度達(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。

參考閱讀：
新華社《做成納米機(jī)器人，這種中國(guó)科學(xué)家造的蜘蛛絲超“鋼”了！》