加工精度達14納米的蛛絲機器人可在人體內游動 相關研究成果發表在《自然·通訊》上

形似長著須子的小魚，可以在人體血糖環境中游動，當環境達到設定條件就能自動降解，釋放出藥物……近期，中國科學院上海微系統與信息技術研究所陶虎團隊與上海交通大學夏小霞、錢志剛合作，用基因重組的蜘蛛絲蛋白3D打印出納米機器人，加工精度達到14納米，這一技術有望用于智能仿生感知、藥物遞送納米機器人等領域。相關研究成果日前發表在國際知名學術期刊《自然·通訊》上。

人們生活中毫不起眼的蜘蛛絲，其實是自然界中的一種高強度纖維，它的硬度和韌性甚至要比同尺寸的鋼絲強上一倍，但缺點是產量小且非標準化。

為了批量獲得“升級版”蜘蛛絲蛋白，研究人員從天然蜘蛛絲中提取出一段強度表現好且重復性好的基因序列，轉入大腸桿菌中培養，進而生成3D打印所需的蜘蛛絲蛋白。

用電子束進行三維光刻可以進一步提高加工精度，但此前由于各類材料強度不夠，電子束三維光刻容易坍塌。因為經常與蠶絲、蜘蛛絲打交道，陶虎想到了蜘蛛絲蛋白。“太不可思議了!蜘蛛絲蛋白天然抗菌，力度好，可降解，成功實現三維光刻，并將3D打印的加工精度從百納米級提升到了14納米。”陶虎說，“14納米相當于蜘蛛絲蛋白單個分子的尺寸，已經迫近了精度極限。”

因為要在血液等環境中游動，納米機器人被設計成了魚的形狀，“小魚”身上最精細的部位是它的須子，只有50納米粗細，約為頭發絲直徑的千分之一。

有趣的是，這樣3D打印出來的“小魚”雖然沒有動力系統，但卻可以在人體血液中自由游動。研究人員從基因層面對蜘蛛絲蛋白做功能化修飾，使“小魚”可以將人體內普遍存在的葡萄糖作為生物燃料，發生化學反應生成氧氣，一個個包裹著氧氣的小氣泡圍繞在“小魚”周圍，當氣泡破裂便可驅動“小魚”向特定方向游動。

(記者董雪周琳)