如果有一天，你收到了一个鼓鼓囊囊的快递包裹，打开后发现里面静静躺着一万只死掉的、黑压压的蚊子，你会报警还是直接扔垃圾桶？
我的一个朋友大概会无比兴奋，因为他酷爱收集蚊子尸体：每只他亲手打死的蚊子，都会被当作“战利品”，用透明胶粘进一个专门的小本本。
不过，如果这份“大礼包”的收件人是某些科学家，故事的走向将截然不同。加拿大麦吉尔大学的曹长宏和李剑宇收到这些蚊子后，取下了它们的口器，做成了3D打印喷嘴。这种喷嘴不仅便宜耐用，还能打印出极其精细的结构。
论文11月19日发表于《科学·进展》（Science Advances）期刊上。
脑洞从一只“躺平”的死蜘蛛开始一切还要从一项曾获2023年搞笑诺贝尔奖的研究说起。
几年前，美国莱斯大学的研究生Te Faye Yap在实验室走廊里偶然发现了一只死蜘蛛。她注意到，这只蜘蛛的腿紧紧向内蜷缩着。原来，蜘蛛腿的伸展运动依靠其体内的液压系统。一旦蜘蛛死亡，压力消失，蜘蛛腿便会自然收拢。这个看似平常的现象，却让Yap产生了一个大胆的想法：能否将蜘蛛尸体改造成机械抓手？
Yap将蜘蛛尸体与外部的液压系统连通，通过加减压来驱动死蜘蛛的腿开合。她发现，这种抓手不仅能提起相当于自身重量1.3倍、体积2.6倍的物体，并且能经久耐用地开合超过700次！研究团队给这种技术起了一个有些毛骨悚然的名字——“死体机器人学”（necrobotics）。
蜘蛛改造成的机械抓手丨Te Faye Yap and coauthors
这项研究引起了曹长宏和李剑宇的兴趣。多年来，曹长宏专注于纳米制造领域，而李剑宇则专注于生物材料的力学研究。于是他们开始思考：既然死蜘蛛能做成抓手，那么自然界中是否还有生物器官能直接用于机械制造？
上图最左侧为李剑宇，他是组织修复与再生方向加拿大首席科学家；最右侧是曹长宏，他是小尺度材料及制造方向加拿大首席科学家；中间是Justin Puma，是他俩的硕士研究生｜受访者供图
很快，他们将目光锁定在了生物体那些细小而坚韧的管状结构上，例如植物用于输水的木质部导管，蝎子与毒蛇的毒刺和毒牙，以及蚊子等昆虫的取食口器。这些经过亿万年演化的精密结构，或许正是高精度3D打印喷嘴的天然雏形。
在众多天然的微型管状结构中，蚊子口器最终脱颖而出。首先，它结构笔直，管道不会在3D打印墨水流经时发生形变。其次，蚊子口器的内径只有大约20微米。要知道，市面上能找到的最细的塑料喷嘴，内径也高达150微米；而金属喷嘴虽然能到35微米，可一个的售价就高达80美元。相比之下，蚊子口器不仅更精细，成本也几乎可以忽略不计。一万只死蚊子的故事锁定了研究目标，曹长宏和李剑宇却很快遭遇了第一个现实难题——研究用的蚊子从哪儿来？
说起找蚊子的经历时，李剑宇不禁叹了口气。起初，他们联系了蒙特利尔当地的昆虫馆和博物馆，想看看能否获得一些蚊子样品。后来，他们又开始尝试联系从事蚊虫研究的科学家。
正当他们为此发愁时，美国德雷克塞尔大学研究蚊子行为的助理教授出手相助，解决了他们的燃眉之急。曹长宏回忆道，他曾试探性地询问买几百只蚊子大概需要多少钱。可对方的答复令他大吃一惊：蚊子倒是不要钱，但最少也得寄一万只。
埃及伊蚊（Aedes Aegypti）丨wikipedia.org
原来，对于研究蚊子的科学家而言，这些实验后产生的蚊子尸体是必须处理的生物危害废弃物，更像是一种负担，有人愿意“收垃圾”简直雪中送炭。就这样，一大批雌性埃及伊蚊（Aedes Aegypti）尸体，冻存进了李剑宇实验室的冰箱里。
曹长宏笑着说道：“一旦找到合适的合作者，蚊子的来源就再也不是问题了。”
蚊子嘴巴真皮实解决来源问题后，曹长宏和李剑宇的硕士研究生Justin Puma亲自动手、从零组装了一台“蚊子嘴 3D 打印机”：零件自己买、结构自己搭、程序自己写。
接下来，他们便开始测试蚊子口器的力学性能。李剑宇感叹道：“我原以为蚊子这么重要的物种，应该有很多关于它口器的生物力学研究，结果没想到竟寥寥无几。”他们惊喜地发现，蚊子口器能承受高达60kPa的内部压力，足以应对3D打印过程中挤出墨水的需求。不过，如果继续加压，蚊子口器就会沿着它最薄弱的区域裂开。李剑宇解释道：“蚊子口器有点像用一张纸卷成的纸筒，中间有一道接缝，那里是它的薄弱区域，但好在我们可以通过调节打印参数来避免它开裂。”
3D打印墨水属于剪切变稀流体，即流速越快、黏度越低。因此，只要控制液体的流速和喷嘴的位移速度，使墨水不会滞留在喷口处，就能杜绝喷嘴内出现过高的压力。
曹长宏打了一个形象的比方：“这就像高速公路上汇入的车流。如果一辆车还没来得及开走，又来了另一辆车，道路就会堵住。但只要选择合适的墨水，控制好参数，让每一辆车都及时开走，就不会有堵车的问题。”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，从而增加喷嘴整体的结构强度。
（C）雌性蚊子的口器被安装在定制的3D DIW打印机上；（D）口器针头挤出Cellink Start凝胶（一种3D打印生物墨水）丨参考资料1
除了承压能力，他们还系统测试了蚊子口器的使用寿命。结果显示，只要打印参数控制得当，一个蚊子口器喷嘴可以连续工作至少14天！而且，即便将蚊子口器冷冻整整一年，它作为3D打印喷嘴的性能也丝毫不受影响。
李剑宇解释道：“蚊子口器的主要成分是几丁质。与那些富含水分的细胞组织不同，几丁质的含水量很低，因此在冷冻时，它不会因为冰晶的形成而破坏结构，所以可以耐受长时间的冷冻存储。”
曹长宏同样称赞了蚊子口器的“皮实”程度，他对比了蚊子口器和玻璃制成的喷嘴：“的确，玻璃可以制造出内径只有一微米甚至几百纳米的打印喷嘴，但它实在太脆弱了。如果我把它放在面前，对着它说话，它直接就会被震碎。但蚊子口器就不同了，对它大喊都没有问题！”
便宜又环保，未来的用处可不止3D打印除了精度高且经久耐用之外，使用蚊子口器作为3D打印喷嘴还有一个显而易见的优势——便宜。
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。而把一名零基础的新手培训成熟练工，也只需要一个月左右。照此推算，如果雇佣200名熟练工人，时薪3.1美元，每天工作8小时，那么一天就能生产出9600个喷嘴，单只喷嘴的生产成本仅0.52美元。相比于塑料、金属甚至玻璃喷嘴，这实在是太便宜了。
而在性能方面，李剑宇指出，他们已经实现了10微米量级的打印精度。这一精度在生物打印领域意义重大，因为它与人体毛细血管的直径相当。如果科学家需要3D打印仿毛细血管的微型结构，那么打印喷嘴必须达到这种精度，而蚊子口器已经拥有了这种能力。
当然，受限于口器所能承受的压力上限，用它进行3D打印的速度并不算太快。但曹长宏认为，对于微纳制造而言，最关键的始终是打印精度。而且，想要提速也非常简单：只需增加喷嘴数量同时打印即可，毕竟这种喷嘴非常便宜，多部署一些也完全不成问题。
(B) 使用蚊子口器打印的3D蜂窝结构； (C) 使用蚊子口器打印的3D枫叶结构； (D) 使用蚊子口器打印的3D网格支架丨参考资料1
事实上，蚊子口器的巨大潜力并非仅限于3D打印领域。它们未来也可能作为生物医药中的一次性耗材，替代目前广泛使用的金属针头等材料。由于蚊子口器成本极低，而且可完全降解，因此不会带来环境负担，也不存在针头重复使用所引发的安全隐患。在命名这项技术时，曹长宏借用了“死体机器人学”的名称，将其称为“necroprinting”。不过，他并不喜欢“死亡打印”“死灵打印”等略显诡异的译法。对李剑宇而言，这项研究真正的核心也不是蚊子尸体，而是如何把生物结构以一种工程化的方式重新利用。
因此，不妨还是称这项技术为“生源打印”吧。毕竟，无论是蜘蛛腿还是蚊子口器，它们都不仅仅是尸体上的零部件，更是亿万年生命演化的产物。人类工程正在重新审视这些自然界中被忽略的微小结构，而未来的工程制造，或许也将由科学家与大自然共同创造。参考文献
[1]https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw9953
[2]https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202201174
作者：黄雨佳
编辑：黎小球、odette
封面图：gigazine.net
