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最新突破!中国科学家研发出3D打印纳米机器人,材料竟是蜘蛛丝?

时间:2021-09-20 13:57 来源:新华社 作者:admin 阅读:
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     据新华社官微报道,近期,中国科学院上海微系统所陶虎团队与上海交通大学夏小霞、钱志刚合作,成功的用基因重组的蜘蛛丝蛋白3D打印出纳米机器人。相关研究成果日前发表在国际知名学术期刊《自然·通讯》上。


据介绍,该技术加工精度可达14nm,接近天然丝蛋白单分子尺寸(~10nm),较之前技术提升了1个数量级。
    据了解,蜘蛛丝蛋白是具有极好的弹性和强度的蜘蛛丝的主要构成成分,包含甘氨酸、丙氨酸以及少量的丝氨酸,加上其它氨基酸单体蛋白质分子链构成。蜘蛛丝中的不规则的蛋白质分子链(非晶区),使蜘蛛丝具有弹性;蜘蛛丝中规则的蛋白质分子链(结晶区),又使蜘蛛丝具有强度。

实验表明,一束由蜘蛛丝组成的绳子比同样粗细的钢丝绳还要坚韧,它能够承受比钢丝绳还多5倍的重量而不会断裂。

蜘蛛丝蛋白优异的机械强度为复杂三维纳米结构提供了关键支持,良好的生物相容性允许进一步通过功能化,实现可载药、可驱动、可降解的4D纳米功能器件(时空可变形),在智能仿生感知、药物递送纳米机器人、类器官芯片等研究领域具有明确的应用前景。



由于在自然界中获取大量蜘蛛丝非常困难,该团队创新开发基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶,通过优化重组蜘蛛丝基因片段和分子量,结合基于百万级数量电子的大规模仿真模拟,实时控制加速电压调控电子在丝蛋白光刻胶里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰,实现了分子级别精度的真三维纳米功能器件直写。

因为要在血液等环境中游动,3D直写纳米机器人被设计成了鱼的形状,“小鱼”身上最精细的部位是它的须子,只有50纳米粗细,约为头发丝直径的千分之一。有趣的是,这样3D打印出来的“小鱼”虽然没有动力系统,但却可以在人体血液中自由游动。研究人员从基因层面对蜘蛛丝蛋白做功能化修饰,使“小鱼”可以将人体内普遍存在的葡萄糖作为生物燃料,发生化学反应生成氧气,一个个包裹着氧气的小气泡围绕在“小鱼”周围,当气泡破裂便可驱动“小鱼”向特定方向游动。同样通过功能化处理,“小鱼”可以被设定为对酸碱度、温度或光等条件敏感响应,当环境达到设定条件时,“小鱼”自动降解,不会给身体造成负担。



据悉,该技术成果加工精度达到14纳米,这一技术有望用于智能仿生感知、药物递送纳米机器人等领域。

参考阅读:
新华社《做成纳米机器人,这种中国科学家造的蜘蛛丝超“钢”了!》

(责任编辑:admin)

weixin
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