
如果要评选地球上最令人深恶痛绝的生物,那蚊子就应该会毫无悬念地以高票当选,毕竟几乎每一个人都有过被蚊子叮咬的痛苦经历,而在每一年里,都有数以万计的人类因为蚊子传播的疾病失去宝贵的生命。
从我们人类的角度来看,蚊子实在是对我们亏欠了太多。不过现在,蚊子开始向人类“还债”了,根据一项近日发表在《科学进展》上的新研究,它们的嘴被做成了3D打印喷口,效果绝了。这具体是怎么回事呢?下面我们就来了解一下。
就目前的情况来看,虽然现代3D打印技术在整体上发展得还算不错,但在微米尺度的领域里,却有一个急需解决的问题。
简单来讲就是,微米尺度的3D打印,需要极为精密的喷口,这些喷口既要足够细,也要足够坚硬以承受压力,还不能太脆(否则在使用过程中容易损坏),同时还要求喷口内壁足够平滑,以确保流体连续输出。
这样一来,就对设备精度、材料均匀性和加工环境的要求都极高,成本也随之飙升,一个喷口动辄就是几十美元、甚至是上百美元,而由于制造水平的限制,其效果也不够理想。
除此之外,这些微型喷口的材料通常是金属和塑胶,在其制造过程中,任何微小的误差都可能导致材料流动不稳定、喷射方向偏移,甚至直接堵塞,而它们又无法进行后期修整,如果成型不理想,基本只能报废,这很不环保。
实际上,此次研究的目的就是为了解决这个问题,与过去研究不同的是,此次研究采用了一个新的思路,那就是在大自然中的那些生物中,去寻找可以充当这类喷头的微型管状结构,比如蝎子的毒刺、蜜蜂的螫针、蛇的毒牙、植物的导管……等等。
在经过仔细对比之后,蚊子的嘴,或者更严谨的说,蚊子的口器最终“胜出”,研究人员发现,它们的口器足够细、足够直,还具备非常好的强度和韧性,并且其内壁也非常平滑,能够让流体极为顺畅地通过。
所以从理论上来讲,蚊子的口器,可以说是堪称完美地符合了微米尺度的3D打印喷口所需要的条件。接下来,就是实验阶段。
在实验过程中,研究人员选择了埃及伊蚊作为供体,他们小心翼翼地取下这些蚊子的口器,并对其进行了清洁处理,然后在其外部加了一层类似于“外骨骼”的支撑材料,以避免它们在使用过程中变形或断裂。
经过一系列精细操作之后,蚊子的口器就被做成了微米尺度3D打印喷口,接下来,研究人员将其安装在特制的3D打印系统上,然后对其进行测试。
在测试工作中,研究人员利用这种喷口打印了多种微米级的结构,例如规则的网格、复杂的图案,还有可用于包裹细胞的微型支架,结果表明,其打印效果简直是绝了。
在打印过程中,这种喷口能让材料极为稳定地输出,线条连续且均匀,表现得非常温和,其打印精度可以轻松达到20微米(作为对比,目前市面上最细的人造喷嘴的精度约为35微米),并且出奇地坚固,能够承受高达60千帕的压强。
除此之外,这种喷口耐久度也高得令人吃惊,根据此次研究的测算,在打印参数控制精准的情况下,一个这样的喷口,至少能够持续工作14天之久。
研究人员表示,相对于那些需要高精尖实验室才能制造出的人造喷口而言,这种喷口的成本几乎可以忽略不计(因为蚊子在大自然中可以说是到处都是),并且其制造难度也不高,只要技术熟练,大概10分钟就可以做一个,更重要的是,这种喷口性能更优越,还很环保,不会对自然环境造成任何不利影响。
所以可以预期的是,随着这种技术的发展和进步,未来会有大量的蚊子被用于相关领域,它们的嘴除了会被做成3D打印喷口之外,也可能会有其他与之类似的用途。
不得不说,这是一件令人开心的事情,毕竟人类被蚊子危害了这么久,也该让它们“还还债”了,你觉得呢?
参考资料:3D necroprinting: Leveraging biotic material as the nozzle for 3D printing,Science Advances, Issue 47配资证券股票配资,DOI: 10.1126/sciadv.adw9953
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