BIONOVA X 3D生物打印機(jī)在復(fù)雜構(gòu)建中的應(yīng)用之微結(jié)構(gòu)模型

這篇文章 “3D Printed Artificial Micro-Fish” 主要介紹了通過(guò)快速3D微打印技術(shù)（μCOP）構(gòu)建的仿生微魚(yú)（microfish）模型，用于多功能應(yīng)用，如化學(xué)推動(dòng)、磁力引導(dǎo)以及解毒等。以下是模型構(gòu)建的詳細(xì)介紹：

背景
微尺度游動(dòng)機(jī)器人或微泳者具有多種應(yīng)用，包括藥物遞送、環(huán)境凈化和生物傳感。模仿自然界中的水生生物（如魚(yú)類）的運(yùn)動(dòng)機(jī)制，構(gòu)建功能化的微尺度機(jī)器人，是推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。然而，傳統(tǒng)的微制造方法難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)及功能化納米材料的集成。

3D微打印技術(shù)的應(yīng)用
該研究使用了微尺度連續(xù)光學(xué)打�。�μCOP）技術(shù)，能夠在短時(shí)間內(nèi)打印出具有高分辨率（約1微米）和復(fù)雜形態(tài)的微魚(yú)結(jié)構(gòu)。通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)，研究人員能夠在幾秒鐘內(nèi)打印出多種仿生結(jié)構(gòu)，并嵌入功能性納米顆粒以賦予微魚(yú)不同的能力。

微魚(yú)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

• 材料與功能：微魚(yú)的主體由聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）基水凝膠制成，這種材料因其生物相容性而被廣泛應(yīng)用。研究人員將不同類型的功能化納米顆粒嵌入微魚(yú)的不同部位：
• 鉑（Pt）納米顆粒：嵌入魚(yú)尾，提供化學(xué)推動(dòng)力，利用過(guò)氧化氫（H₂O₂）的分解產(chǎn)生氧氣泡，從而驅(qū)動(dòng)微魚(yú)前進(jìn)。
• 氧化鐵（Fe₃O₄）納米顆粒：嵌入魚(yú)頭，實(shí)現(xiàn)磁力引導(dǎo)，能夠通過(guò)外部磁場(chǎng)控制微魚(yú)的運(yùn)動(dòng)。
• 結(jié)構(gòu)與打印過(guò)程：μCOP平臺(tái)通過(guò)數(shù)字微鏡設(shè)備（DMD）生成光學(xué)圖案，并將其投影到光敏材料上，逐層構(gòu)建魚(yú)體結(jié)構(gòu)。打印出的微魚(yú)長(zhǎng)約120微米，厚度約30微米，可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要調(diào)整尺寸和形狀。

功能驗(yàn)證

• 運(yùn)動(dòng)能力：實(shí)驗(yàn)展示了微魚(yú)在過(guò)氧化氫溶液中的自推動(dòng)力，生成的氧氣泡推動(dòng)微魚(yú)快速游動(dòng)，最大速度可達(dá)780微米/秒。不同形狀的微魚(yú)（如普通魚(yú)形、蝠鲼形）表現(xiàn)出不同的速度，研究還發(fā)現(xiàn)鉑顆粒的濃度與微魚(yú)的推進(jìn)速度成正比。
• 磁力控制：通過(guò)嵌入氧化鐵納米顆粒，微魚(yú)能夠在外部磁場(chǎng)的控制下實(shí)現(xiàn)精確的方向引導(dǎo)。
• 解毒功能：研究進(jìn)一步展示了微魚(yú)在解毒領(lǐng)域的應(yīng)用，微魚(yú)通過(guò)嵌入聚二乙炔（PDA）納米顆粒，能夠有效捕獲并中和蜜蜂毒素（melittin），并通過(guò)熒光信號(hào)驗(yàn)證了解毒效率。

總結(jié)
該研究展示了通過(guò)μCOP技術(shù)快速3D打印的仿生微魚(yú)模型，具有自驅(qū)動(dòng)、磁力控制和解毒等多功能應(yīng)用。該模型為未來(lái)的藥物遞送、環(huán)境凈化及生物傳感等領(lǐng)域提供了極具前景的工具。
 

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