圖片來(lái)源：Scientific Advances

撰文 | 阿嫻?

審校｜烏其多

夏天的蚊子，大概是最讓人咬牙切齒的生物——趁你熟睡時(shí)悄悄落下，將尖銳的口器刺入皮膚，留下又紅又癢的包，還可能傳播疾病。就是這樣人人喊打的生物，在科學(xué)家的眼里卻是香餑餑，加拿大蒙特利爾麥吉爾大學(xué)的機(jī)械工程教授曹長(zhǎng)宏和李劍宇不僅收集了10000只死蚊子，還把蚊子的口器摘下來(lái)，做成了3D打印噴嘴。

蚊子：我嗎？｜網(wǎng)絡(luò)

3D打印技術(shù)大家并不陌生，從工業(yè)零件制造到日常手辦制作，它通過(guò)逐層堆疊材料快速將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體，應(yīng)用非常廣泛。然而3D打印的精度、成本與穩(wěn)定性，很大程度上取決于核心部件——噴嘴。噴嘴的直徑大小和設(shè)計(jì)直接決定了材料沉積的粗細(xì)和均勻度，進(jìn)而影響最終打印件的細(xì)節(jié)、平滑度、速度和整體質(zhì)量。

尤其是在生物醫(yī)學(xué)、微納電子等高端領(lǐng)域，對(duì)噴嘴的要求更加苛刻：既要足夠細(xì)，才能打印出毛細(xì)血管級(jí)別的微型結(jié)構(gòu)；又要足夠堅(jiān)韌，能承受墨水輸送時(shí)的內(nèi)部壓力；還得內(nèi)壁足夠順滑，保證流體連續(xù)輸出不卡頓。

3D打印噴嘴｜picryl.com

這正是曹長(zhǎng)宏團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期面臨的難題。他們一直致力于高分辨率3D打印在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，比如打印能承載活細(xì)胞的組織支架。但市面上的噴嘴始終難以滿足需求：最細(xì)的金屬?lài)娮熘睆竭_(dá)35微米，但單個(gè)售價(jià)高達(dá)80美元，還容易磨損；塑料噴嘴精度更差，內(nèi)徑普遍在150微米以上。

正當(dāng)團(tuán)隊(duì)一籌莫展時(shí)，一項(xiàng)獲得2023年搞笑諾貝爾獎(jiǎng)的研究給了他們啟發(fā)——美國(guó)科學(xué)家將死蜘蛛的腿改造成了可操控的機(jī)械爪（小編們有寫(xiě)過(guò)，戳這里復(fù)習(xí)）。這讓他們意識(shí)到，經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年自然演化的生物結(jié)構(gòu)，或許藏著人類(lèi)技術(shù)難以企及的巧思。

于是，他們把目光投向了自然界中的微型管狀結(jié)構(gòu)。從蝎子的毒刺、蜜蜂螫針、毒蛇的毒牙，到植物用于輸水的木質(zhì)部導(dǎo)管，他們?cè)嚵藗€(gè)遍，最終選擇了蚊子口器。

絕大多數(shù)吸血雌蚊的口器并非單一的尖刺，而是由6根纖細(xì)的針狀結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合體，這6根針?lè)止っ鞔_：有的負(fù)責(zé)切開(kāi)皮膚，有的負(fù)責(zé)固定口器位置。｜insectcop.net

為了進(jìn)行這項(xiàng)研究，研究人員從別處收購(gòu)了在實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)的被安樂(lè)死的雌性埃及伊蚊（

Aedes Aegypti

測(cè)試發(fā)現(xiàn)，由于蚊子口器很細(xì)，直徑約20微米，通道內(nèi)部光滑無(wú)彎曲，能讓3D打印墨水順暢流過(guò)，不會(huì)出現(xiàn)卡頓或流體紊亂。而且蚊子口器的主要成分是幾丁質(zhì)，這種生物材料強(qiáng)度高、韌性足，能承受墨水通過(guò)時(shí)產(chǎn)生的高達(dá)60千帕的壓力。如果希望蚊子口器能承受更高的壓力，未來(lái)也可以在其外部鍍上一層金屬或其他材料，從而增加噴嘴的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

口器針頭擠出Cellink Start凝膠（一種3D打印生物墨水）。｜Scientific Advances

除了抗壓能力，他們還對(duì)蚊子口器的使用壽命進(jìn)行了系統(tǒng)性測(cè)試。結(jié)果表明，只要打印參數(shù)控制精準(zhǔn)，一個(gè)蚊子口器噴嘴能夠連續(xù)運(yùn)行至少14天。相比于價(jià)格高昂的塑膠或金屬微型噴嘴，這種隨處可得的蚊子噴嘴制造費(fèi)用只需0.8美元，按照研究團(tuán)隊(duì)的測(cè)算，一名經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的技術(shù)人員大約10分鐘就能用蚊子口器組裝出一個(gè)噴嘴。同時(shí)，它還有可生物降解的優(yōu)勢(shì)。如果儲(chǔ)存得當(dāng)，放置數(shù)月，其性能也不會(huì)受到影響，特別適合在實(shí)驗(yàn)室作消耗品使用。

最終，借助他們自主設(shè)計(jì)并搭建的直接墨水書(shū)寫(xiě)（DIW）3D打印機(jī)，研究人員成功打印了多種高分辨率微觀結(jié)構(gòu)：一個(gè)尺寸約600×600×310微米的蜂窩結(jié)構(gòu)，其打印線條寬度約為22微米；一個(gè)楓葉結(jié)構(gòu)，線條更為清晰，結(jié)構(gòu)上的每條線寬約18微米，不到人類(lèi)細(xì)頭發(fā)絲直徑的一半；以及一個(gè)裝載了B16癌細(xì)胞的網(wǎng)格支架，線條寬度為28微米，打印后細(xì)胞存活率高達(dá)86.1%。

科學(xué)家利用蚊子的口器噴嘴打印出了這種三維楓葉結(jié)構(gòu)。｜Scientific Advances

從早期人類(lèi)利用石頭、木材制作工具，到現(xiàn)代仿生技術(shù)催生出的不沾涂層（仿荷葉）、魔術(shù)貼（仿牛蒡刺）、撲翼機(jī)器人（仿鳥(niǎo)類(lèi)）等發(fā)明，大自然始終是工程學(xué)最寶貴的靈感庫(kù)。而隨著生物混合工程的發(fā)展，人類(lèi)對(duì)大自然的運(yùn)用早已超越模仿——就像用死蜘蛛腿打造的微型夾爪那樣，以低成本、可降解的優(yōu)勢(shì)突破傳統(tǒng)的制造瓶頸。

蚊子口器噴嘴同樣延續(xù)了這一思路：最關(guān)鍵的從來(lái)不是利用蚊子尸體本身，而是探索如何通過(guò)工程化的思維與手段，讓自然界中已有的生物結(jié)構(gòu)被重新激活、合理利用，真正發(fā)揮其先天的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。

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參考資料：

[1]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw9953

[2]https://news.qq.com/rain/a/20251214A033TY00?suid=&media_id=

[3]https://www.sciencenews.org/article/mosquito-proboscis-3d-printing

[4]https://www.zmescience.com/ecology/animals-ecology/mosquito-proboscis-3d-printing/

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