北京
图片来源：Scientific Advances
撰文 | 阿娴
审校｜乌其多
夏天的蚊子，大概是最让人咬牙切齿的生物——趁你熟睡时悄悄落下，将尖锐的口器刺入皮肤，留下又红又痒的包，还可能传播疾病。就是这样人人喊打的生物，在科学家的眼里却是香饽饽，加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的机械工程教授曹长宏和李剑宇不仅收集了10000只死蚊子，还把蚊子的口器摘下来，做成了3D打印喷嘴。
蚊子：我吗？｜网络
3D打印技术大家并不陌生，从工业零件制造到日常手办制作，它通过逐层堆叠材料快速将数字模型转化为实体，应用非常广泛。然而3D打印的精度、成本与稳定性，很大程度上取决于核心部件——喷嘴。喷嘴的直径大小和设计直接决定了材料沉积的粗细和均匀度，进而影响最终打印件的细节、平滑度、速度和整体质量。
尤其是在生物医学、微纳电子等高端领域，对喷嘴的要求更加苛刻：既要足够细，才能打印出毛细血管级别的微型结构；又要足够坚韧，能承受墨水输送时的内部压力；还得内壁足够顺滑，保证流体连续输出不卡顿。
3D打印喷嘴｜picryl.com
这正是曹长宏团队长期面临的难题。他们一直致力于高分辨率3D打印在生物医学中的应用，比如打印能承载活细胞的组织支架。但市面上的喷嘴始终难以满足需求：最细的金属喷嘴直径达35微米，但单个售价高达80美元，还容易磨损；塑料喷嘴精度更差，内径普遍在150微米以上。
正当团队一筹莫展时，一项获得2023年搞笑诺贝尔奖的研究给了他们启发——美国科学家将死蜘蛛的腿改造成了可操控的机械爪（小编们有写过，戳这里复习）。这让他们意识到，经过亿万年自然演化的生物结构，或许藏着人类技术难以企及的巧思。
于是，他们把目光投向了自然界中的微型管状结构。从蝎子的毒刺、蜜蜂螫针、毒蛇的毒牙，到植物用于输水的木质部导管，他们试了个遍，最终选择了蚊子口器。
绝大多数吸血雌蚊的口器并非单一的尖刺，而是由6根纤细的针状结构组成的复合体，这6根针分工明确：有的负责切开皮肤，有的负责固定口器位置。｜insectcop.net
为了进行这项研究，研究人员从别处收购了在实验室饲养的被安乐死的雌性埃及伊蚊（
Aedes Aegypti），储存在冰箱中。制作时，先将它们浸入80%的乙醇溶液中消毒，然后将每只蚊子口器的保护外鞘剥离并丢弃，在口器的坚硬部分涂抹紫外线固化树脂，并用紫外线灯照射使其固化。最后，再用剃须刀片将涂有树脂的口器从蚊子身上切下。
测试发现，由于蚊子口器很细，直径约20微米，通道内部光滑无弯曲，能让3D打印墨水顺畅流过，不会出现卡顿或流体紊乱。而且蚊子口器的主要成分是几丁质，这种生物材料强度高、韧性足，能承受墨水通过时产生的高达60千帕的压力。如果希望蚊子口器能承受更高的压力，未来也可以在其外部镀上一层金属或其他材料，从而增加喷嘴的结构强度。
口器针头挤出Cellink Start凝胶（一种3D打印生物墨水）。｜Scientific Advances
除了抗压能力，他们还对蚊子口器的使用寿命进行了系统性测试。结果表明，只要打印参数控制精准，一个蚊子口器喷嘴能够连续运行至少14天。相比于价格高昂的塑胶或金属微型喷嘴，这种随处可得的蚊子喷嘴制造费用只需0.8美元，按照研究团队的测算，一名经过培训的技术人员大约10分钟就能用蚊子口器组装出一个喷嘴。同时，它还有可生物降解的优势。如果储存得当，放置数月，其性能也不会受到影响，特别适合在实验室作消耗品使用。
最终，借助他们自主设计并搭建的直接墨水书写（DIW）3D打印机，研究人员成功打印了多种高分辨率微观结构：一个尺寸约600×600×310微米的蜂窝结构，其打印线条宽度约为22微米；一个枫叶结构，线条更为清晰，结构上的每条线宽约18微米，不到人类细头发丝直径的一半；以及一个装载了B16癌细胞的网格支架，线条宽度为28微米，打印后细胞存活率高达86.1%。
科学家利用蚊子的口器喷嘴打印出了这种三维枫叶结构。｜Scientific Advances
从早期人类利用石头、木材制作工具，到现代仿生技术催生出的不沾涂层（仿荷叶）、魔术贴（仿牛蒡刺）、扑翼机器人（仿鸟类）等发明，大自然始终是工程学最宝贵的灵感库。而随着生物混合工程的发展，人类对大自然的运用早已超越模仿——就像用死蜘蛛腿打造的微型夹爪那样，以低成本、可降解的优势突破传统的制造瓶颈。
蚊子口器喷嘴同样延续了这一思路：最关键的从来不是利用蚊子尸体本身，而是探索如何通过工程化的思维与手段，让自然界中已有的生物结构被重新激活、合理利用，真正发挥其先天的结构优势。
参考资料：
[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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