圖片來源：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)的機械工程教授曹長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，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，它通過逐層堆疊材料快速將數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為實體，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)計直接決定了材料沉積的粗細和均勻度，進而影響最終打印件的細節(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，對噴嘴的要求更加苛刻：既要足夠細，才能打印出毛細血管級別的微型結(jié)構(gòu)；又要足夠堅韌，能承受墨水輸送時的內(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

這正是曹長宏團隊長期面臨的難題。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胞的組織支架。但市面上的噴嘴始終難以滿足需求：最細的金屬噴嘴直徑達35微米，但單個售價高達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)團隊一籌莫展時，一項獲得2023年搞笑諾貝爾獎的研究給了他們啟發(fā)——美國科學(xué)家將死蜘蛛的腿改造成了可操控的機械爪（小編們有寫過，戳這里復(fù)習(xí)）。這讓他們意識到，經(jīng)過億萬年自然演化的生物結(jié)構(gòu)，或許藏著人類技術(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，他們試了個遍，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根纖細的針狀結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合體，這6根針分工明確：有的負責(zé)切開皮膚，有的負責(zé)固定口器位置。｜insectcop.net

為了進行這項研究，研究人員從別處收購了在實驗室飼養(yǎng)的被安樂死的雌性埃及伊蚊（

Aedes Aegypti

測試發(fā)現(xiàn)，由于蚊子口器很細，直徑約20微米，通道內(nèi)部光滑無彎曲，能讓3D打印墨水順暢流過，不會出現(xiàn)卡頓或流體紊亂。而且蚊子口器的主要成分是幾丁質(zhì)，這種生物材料強度高、韌性足，能承受墨水通過時產(chǎn)生的高達60千帕的壓力。如果希望蚊子口器能承受更高的壓力，未來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，他們還對蚊子口器的使用壽命進行了系統(tǒng)性測試。結(jié)果表明，只要打印參數(shù)控制精準(zhǔn)，一個蚊子口器噴嘴能夠連續(xù)運行至少14天。相比于價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用只需0.8美元，按照研究團隊的測算，一名經(jīng)過培訓(xùn)的技術(shù)人員大約10分鐘就能用蚊子口器組裝出一個噴嘴。同時，它還有可生物降解的優(yōu)勢。如果儲存得當(dāng)，放置數(shù)月，其性能也不會受到影響，特別適合在實驗室作消耗品使用。

最終，借助他們自主設(shè)計并搭建的直接墨水書寫（DIW）3D打印機，研究人員成功打印了多種高分辨率微觀結(jié)構(gòu)：一個尺寸約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，不到人類細頭發(fā)絲直徑的一半；以及一個裝載了B16癌細胞的網(wǎng)格支架，線條寬度為28微米，打印后細胞存活率高達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）、撲翼機器人（仿鳥類）等發(fā)明，大自然始終是工程學(xué)最寶貴的靈感庫。而隨著生物混合工程的發(fā)展，人類對大自然的運用早已超越模仿——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)鍵的從來不是利用蚊子尸體本身，而是探索如何通過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。

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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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