來(lái)自羅馬第一大學(xué)的物理學(xué)家用自由游泳的光驅(qū)動(dòng)大腸桿菌來(lái)推動(dòng)3D打印微電機(jī)，這個(gè)過(guò)程類似于水流推動(dòng)水車旋轉(zhuǎn)。有一天，這些微型機(jī)器可以執(zhí)行醫(yī)療任務(wù)，如將藥物輸送入身體。這項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)表在《Nature Communications》雜志上，題為“由細(xì)菌驅(qū)動(dòng)的光控制3D微電機(jī)”。
在論文中，研究人員說(shuō)他們將一滴含有成千上萬(wàn)個(gè)大腸桿菌的液體沉積到一個(gè)微電機(jī)陣列上。當(dāng)其中一些細(xì)菌頭朝前地游入蝕刻在每個(gè)微電機(jī)外邊緣上的15個(gè)微室中的任何一個(gè)，并將其尾部突出在微室外時(shí)，細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)就會(huì)引起3D打印微電機(jī)旋轉(zhuǎn)。
“我們的設(shè)計(jì)結(jié)合了高轉(zhuǎn)速和大大減少的波動(dòng)，”研究人員說(shuō)，“我們可以生產(chǎn)獨(dú)立控制的轉(zhuǎn)子的大陣列，這些轉(zhuǎn)子將光作為最終能源。有一天，這些設(shè)備可以用在微型機(jī)器人中，充當(dāng)便宜和一次性的促動(dòng)器，以收集和分類微型生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的單個(gè)細(xì)胞。”
為了讓微電機(jī)正常工作，研究人員要確保它始終按正確的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。為此，他們以45°角3D打印電機(jī)上的微室以讓總轉(zhuǎn)矩最大化，并使用一個(gè)徑向斜坡來(lái)制造細(xì)菌導(dǎo)向屏障。
在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)許多細(xì)菌被一個(gè)微電機(jī)“捕獲”時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)每分鐘20轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。如果捕獲細(xì)菌較少，轉(zhuǎn)速會(huì)更低。
為了讓大腸桿菌盡可能地高效，他們對(duì)大腸桿菌菌株進(jìn)行了基因修飾，從而讓它們?cè)诠獾拇碳は掠蔚酶?。通過(guò)用強(qiáng)度不同的光照射3D打印微電機(jī)，研究人員可以控制它們的速度。由于使用一個(gè)反饋算法，每10秒對(duì)微電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行均勻照明，研究人員能獲得高度控制。他們表示，只要照明到位，微電機(jī)可以同步，彼此之間幾乎沒(méi)有速度差異。
研究人員認(rèn)為他們的3D打印細(xì)菌驅(qū)動(dòng)微電機(jī)可用于醫(yī)藥領(lǐng)域的藥物和貨物運(yùn)輸。他們將繼續(xù)研究下去，看看能否實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
