最新突破！中國科學家研發(fā)出3D打印納米機器人，材料竟是蜘蛛絲？

據(jù)新華社官微報道，近期，中國科學院上海微系統(tǒng)所陶虎團隊與上海交通大學夏小霞、錢志剛合作，成功的用基因重組的蜘蛛絲蛋白3D打印出納米機器人。相關研究成果日前發(fā)表在國際知名學術期刊《自然·通訊》上。

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

據(jù)了解，蜘蛛絲蛋白是具有極好的彈性和強度的蜘蛛絲的主要構成成分，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分子鏈構成。

蜘蛛絲中的不規(guī)則的蛋白質分子鏈（非晶區(qū)），使蜘蛛絲具有彈性；蜘蛛絲中規(guī)則的蛋白質分子鏈（結晶區(qū)），又使蜘蛛絲具有強度。

實驗表明，一束由蜘蛛絲組成的繩子比同樣粗細的鋼絲繩還要堅韌，它能夠承受比鋼絲繩還多5倍的重量而不會斷裂。

蜘蛛絲蛋白優(yōu)異的機械強度為復雜三維納米結構提供了關鍵支持，良好的生物相容性允許進一步通過功能化，實現(xiàn)可載藥、可驅動、可降解的4D納米功能器件（時空可變形），在智能仿生感知、藥物遞送納米機器人、類器官芯片等研究領域具有明確的應用前景。

由于在自然界中獲取大量蜘蛛絲非常困難，該團隊創(chuàng)新開發(fā)基因重組蜘蛛絲蛋白光刻膠，通過優(yōu)化重組蜘蛛絲基因片段和分子量，結合基于百萬級數(shù)量電子的大規(guī)模仿真模擬，實時控制加速電壓調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，實現(xiàn)了分子級別精度的真三維納米功能器件直寫。

因為要在血液等環(huán)境中游動，3D直寫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(fā)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(tǒng)，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(fā)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。同樣通過功能化處理，“小魚”可以被設定為對酸堿度、溫度或光等條件敏感響應，當環(huán)境達到設定條件時，“小魚”自動降解，不會給身體造成負擔。

據(jù)悉，該技術成果加工精度達到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。

參考閱讀：
新華社《做成納米機器人，這種中國科學家造的蜘蛛絲超“鋼”了！》