北京
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，在科學家的眼里卻是香餑餑，加拿大蒙特利爾麥吉爾大學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？｜網絡
3D打印技術大家并不陌生，從工業零件制造到日常手辦制作，它通過逐層堆疊材料快速將數字模型轉化為實體，應用非常廣泛。然而3D打印的精度、成本與穩定性，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、平滑度、速度和整體質量。
尤其是在生物醫學、微納電子等高端領域，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構；又要足夠堅韌，能承受墨水輸送時的內部壓力；還得內壁足夠順滑，保證流體連續輸出不卡頓。
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打印在生物醫學中的應用，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，內徑普遍在150微米以上。
正當團隊一籌莫展時，一項獲得2023年搞笑諾貝爾獎的研究給了他們啟發——美國科學家將死蜘蛛的腿改造成了可操控的機械爪（小編們有寫過，戳這里復習）。這讓他們意識到，經過億萬年自然演化的生物結構，或許藏著人類技術難以企及的巧思。
于是，他們把目光投向了自然界中的微型管狀結構。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部導管，他們試了個遍，最終選擇了蚊子口器。
絕大多數吸血雌蚊的口器并非單一的尖刺，而是由6根纖細的針狀結構組成的復合體，這6根針分工明確：有的負責切開皮膚，有的負責固定口器位置。｜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的被安樂死的雌性埃及伊蚊（
Aedes Aegypti），儲存在冰箱中。制作時，先將它們浸入80%的乙醇溶液中消毒，然后將每只蚊子口器的保護外鞘剝離并丟棄，在口器的堅硬部分涂抹紫外線固化樹脂，并用紫外線燈照射使其固化。最后，再用剃須刀片將涂有樹脂的口器從蚊子身上切下。
測試發現，由于蚊子口器很細，直徑約20微米，通道內部光滑無彎曲，能讓3D打印墨水順暢流過，不會出現卡頓或流體紊亂。而且蚊子口器的主要成分是幾丁質，這種生物材料強度高、韌性足，能承受墨水通過時產生的高達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，從而增加噴嘴的結構強度。
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性測試。結果表明，只要打印參數控制精準，一個蚊子口器噴嘴能夠連續運行至少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，一名經過培訓的技術人員大約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勢。如果儲存得當，放置數月，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構：一個尺寸約600×600×310微米的蜂窩結構，其打印線條寬度約為22微米；一個楓葉結構，線條更為清晰，結構上的每條線寬約18微米，不到人類細頭發絲直徑的一半；以及一個裝載了B16癌細胞的網格支架，線條寬度為28微米，打印后細胞存活率高達86.1%。
科學家利用蚊子的口器噴嘴打印出了這種三維楓葉結構。｜Scientific Advances
從早期人類利用石頭、木材制作工具，到現代仿生技術催生出的不沾涂層（仿荷葉）、魔術貼（仿牛蒡刺）、撲翼機器人（仿鳥類）等發明，大自然始終是工程學最寶貴的靈感庫。而隨著生物混合工程的發展，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、可降解的優勢突破傳統的制造瓶頸。
蚊子口器噴嘴同樣延續了這一思路：最關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構被重新激活、合理利用，真正發揮其先天的結構優勢。
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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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