最新突破！中国科学家研发出3D打印纳米机器人，材料竟是蜘蛛丝？

据新华社官微报道，近期，中国科学院上海微系统所陶虎团队与上海交通大学夏小霞、钱志刚合作，成功的用基因重组的蜘蛛丝蛋白3D打印出纳米机器人。相关研究成果日前发表在国际知名学术期刊《自然·通讯》上。

据介绍，该技术加工精度可达14nm，接近天然丝蛋白单分子尺寸（~10nm），较之前技术提升了1个数量级。

据了解，蜘蛛丝蛋白是具有极好的弹性和强度的蜘蛛丝的主要构成成分，包含甘氨酸、丙氨酸以及少量的丝氨酸，加上其它氨基酸单体蛋白质分子链构成。

蜘蛛丝中的不规则的蛋白质分子链（非晶区），使蜘蛛丝具有弹性；蜘蛛丝中规则的蛋白质分子链（结晶区），又使蜘蛛丝具有强度。

实验表明，一束由蜘蛛丝组成的绳子比同样粗细的钢丝绳还要坚韧，它能够承受比钢丝绳还多5倍的重量而不会断裂。

蜘蛛丝蛋白优异的机械强度为复杂三维纳米结构提供了关键支持，良好的生物相容性允许进一步通过功能化，实现可载药、可驱动、可降解的4D纳米功能器件（时空可变形），在智能仿生感知、药物递送纳米机器人、类器官芯片等研究领域具有明确的应用前景。

由于在自然界中获取大量蜘蛛丝非常困难，该团队创新开发基因重组蜘蛛丝蛋白光刻胶，通过优化重组蜘蛛丝基因片段和分子量，结合基于百万级数量电子的大规模仿真模拟，实时控制加速电压调控电子在丝蛋白光刻胶里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，实现了分子级别精度的真三维纳米功能器件直写。

因为要在血液等环境中游动，3D直写纳米机器人被设计成了鱼的形状，“小鱼”身上最精细的部位是它的须子，只有50纳米粗细，约为头发丝直径的千分之一。有趣的是，这样3D打印出来的“小鱼”虽然没有动力系统，但却可以在人体血液中自由游动。研究人员从基因层面对蜘蛛丝蛋白做功能化修饰，使“小鱼”可以将人体内普遍存在的葡萄糖作为生物燃料，发生化学反应生成氧气，一个个包裹着氧气的小气泡围绕在“小鱼”周围，当气泡破裂便可驱动“小鱼”向特定方向游动。同样通过功能化处理，“小鱼”可以被设定为对酸碱度、温度或光等条件敏感响应，当环境达到设定条件时，“小鱼”自动降解，不会给身体造成负担。

据悉，该技术成果加工精度达到14纳米，这一技术有望用于智能仿生感知、药物递送纳米机器人等领域。

参考阅读：
新华社《做成纳米机器人，这种中国科学家造的蜘蛛丝超“钢”了！》