在工程學裏,有一個聽起來有點怪的方向,叫「屍體機械人」。研究者會把動物的身體部位和人工材料結合,造出一些奇妙的小機器。以前,有團隊用死蜘蛛的腿做成微型夾子,用死蟑螂做過會走路的裝置。
在加拿大蒙特利爾,McGill University的機械工程學者Cao帶着團隊走上了另一條路。他們不是造機械人,而是想把雌蚊子的口器改造成3d打印噴嘴。結果比想像的順利。
為了找最適合當噴嘴的「天然零件」,團隊做了一次大範圍搜查。他們觀察了蜜蜂、黃蜂、蠍子的毒針,還有毒蛇的尖牙,甚至蜈蚣的爪子。這些結構的共同點,是負責把液體傳到目標上。這和3d打印噴嘴的基本功能很像。
問題在於,這些結構大多彎曲,而且它們進化出來本來就是用來噴一口毒,不是為了穩定、持續地輸送材料。3d打印最需要的就是均勻、持續的流量。
於是他們把注意力放到另一類天然工具上。像蚊子這樣吸血的昆蟲,口器是很薄、很直、很硬的管子,要能穿皮吸血,又要輸送穩定的液體流量。最後進入候選名單的,包括舌蠅、白蛉、蚜蟲、臭蟲、獵蝽和雌蚊子。勝出的,是雌蚊子的口器。
雌蚊子口器內部的直徑只有20到30微米,比大多數毒針和尖牙都小許多,而且結構筆直,非常適合作為噴嘴對準。硬度和強度也足夠,能抵抗打印時的壓力。
接下來就是把它裝進打印機。Cao的團隊把這台機器叫作「3d屍體打印機」。底座是Aerotech的高精度運動平台,可以以10納米的精度移動噴頭。擠出系統也不複雜,用的只是注射器式的「直接墨水書寫」系統。
他們在顯微鏡下從已經安樂死的蚊子身上取下口器,把它和塑料噴頭對齊,再用紫外固化樹脂粘起來。改裝完成後,這個噴嘴能做到18到22微米的打印線寬,比能買到的最細金屬噴嘴還小一倍。

團隊測試打印了600微米大小的蜂窩結構、微型楓葉,還有細胞支架。表現相當不錯。但自然結構也不是完美的。

第一個問題是壓力承受能力不夠。蚊子口器能承受的內部壓力不高,不夠推一些高黏度的材料。這些材料像膏狀,打印出來形狀更穩定,不容易癱下去。Cao團隊的實驗裡,確實出現了這種結構變形的問題。
另一個問題是和玻璃噴嘴相比,蚊子口器還是差一截。玻璃噴嘴能做到不到1微米的線寬,並且承壓能力更強。雖然蚊子口器在精度上比塑料和金屬都厲害,但玻璃的表現更極端。
不過研究者已經有了改良想法,比如在蚊子口器外面包上一層陶瓷,讓它變得更堅固。如果能解決壓力問題,現在的18到22微米解像度已經足夠應對不少應用。
Cao認為,這種廉價的天然噴嘴未來可以用來打印細胞支架、微型電子元件等。優勢在於成本低而且來源廣。蚊子幾乎遍佈全球,也很容易飼養。團隊估計,一個蚊子口器噴嘴的成本大約80美分,而玻璃或金屬噴嘴貴幾十倍到一百倍不等。
Cao說,他們現在也在更深入研究蚊子,希望不僅利用它們的遺體結構造工程工具,也能找到方法解決蚊子帶來的實際問題。
















