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哈佛科学家成功3D打印“生物机器人”

发布日期:2018-09-05 0 1334

日前,哈佛大学的研究人员完成了重要的一步。

在一次探索心脏组织工程的尝试中,由该校教授Kit Kevin Parker带领的一个团队打造出了一条“活”的微型魔鬼鱼。

这个神奇的生物机器人是用大鼠心脏肌肉组织和3D打印的黄建软骨组成的,它能够对光的脉动产生反应。

当然,这条硬币大小的魔鬼鱼并不是真正活的。尽管这些组织细胞是活的,而且它们也能够对光线产生反应,以方便移动,但该生物实际上并不能进行自主决策、繁殖等。

尽管如此,这也可以称得上是颠覆性的突破,并足以推动机器人、人工智能、生物工程和3D生物打印领域更多的创新。

对大多数颠覆性突破一样,它也开始于一个简单的想法。

两年前,Parker教授带着年轻的女儿去波士顿的新英格兰水族馆,在那里他看到自己的女儿完全沉迷于魔鬼鱼。

教授看着展览,开始思考如何开发能够以类似蜿蜒模式移动的肌肉。

“突然就像一道闪电击中了我,它看起来很像心脏的肌肉层,这使我找到了用肌肉组织打造该系统的方法。”他回忆道。

它是如何工作的?简单地说,这条小小的魔鬼鱼结合工程、细胞培养、遗传学和生物力学等领域的最新科技进展于一体,其重量只有10克,其骨架是用非常薄的黄金3D打印而成的,上面还铺了两层薄薄的弹性聚合物。

该聚合物上面覆盖了大约20万个活的心肌细胞,这些细胞取自大鼠的心肌。


为了控制细胞,研究团队使用了光遗传学技术,这是一种神经科学研究的常用方法,即用光来打开和关闭神经。

神经元或心脏肌肉并不会自动对光产生反应,但通过光遗传学,可以通过一段DNA对细胞进行升级。

这段特殊的DNA编码代表了一种可以对光产生反应的蛋白,从而使细胞呈现光敏感性。

如今,当光线爆发时,经过基因修改的细胞收缩,然后推动鳍向下滑动,当细胞放松时,该人造魔鬼鱼的骨架会将鳍收回来。

结果就是这样一个根据光线波动来游泳的魔鬼鱼机器人。

Parker教授指出,在这个设计中,细胞起到了传感器和致动器的作用,这既有好处也有缺点:虽然活的肌肉细胞比合成的致动器更节能,但它们也很容易受伤害。

为了保持其活力,它们需要浸泡在带糖和盐的温暖溶液里。


在每个鳍上加上一个光源,使研究人员能够分别刺激右侧或左侧的鳍,并操纵这个生物机器人向任意方向移动。

不同频率的光可以控制鳍的速度,进而改变魔鬼鱼的速度。

Parker表示,尽管可能还要好几年他才能够打造出真正的人造心脏,不过这条几乎活生生的3D打印鱼肯定是其朝着正确方向迈出的非常重要一步。



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