近(25)日，康乃爾大學(Cornell University)研究團隊設計了一種以電學驅動的微型人造纖毛系統，能在微觀的尺度下任意控制液體流動。該技術有望促成低成本、可攜式診斷設備的發展，用於測試血液樣本、操縱細胞，或是協助微細加工(microfabrication)。研究成果發表於《Nature》。

自然界中的纖毛，是身體中勤奮的引導者，透過有節奏的擺動來推動液體，例如推動大腦中的腦脊髓液、排出肺部的痰與鼻腔的分泌物等，保持器官和組織的清潔。

即使近期科學界已研發出對光、磁或電有反應的人造纖毛，但在微觀尺度上，具有應用潛力的工程化纖毛平台仍難以實現。論文第一作者Wei Wang表示，「我們第一次展示人造纖毛可獨立控制。」

一個典型的人造纖毛系統，由一個晶片組成，該晶片包含16個方形單元，每個單元有8個纖毛陣列，每個陣列有8根纖毛，每個纖毛長約50微米，從而形成總計含有約1000根人造纖毛的「地毯」。

該人造纖維是一種以鉑(platinum)為基礎的執行器(編按：意為一種將能源轉換成機械動能的裝置)。當每根纖毛上的電壓振盪時，其表面會周期性地氧化和還原，這使得纖毛來回彎曲，使其能夠以每秒數十微米的速度泵送液體。不同的陣列可以獨立活化，因此可以創建無限多種的流動模式，模仿生物纖維的靈活性。

該研究的領導人、康乃爾大學文理學院物理學教授Itai Cohen說：「一旦你可以單獨操作這些纖毛，你就可以任意操縱液體的流動，例如創建多個獨立的流動軌跡、環狀流動，或者先分裂成兩條路徑再重新組合起來，甚至是三維的流動，總之，一切皆有可能。」

此外，研究團隊為人造纖毛系統，裝備了互補式金屬氧化物半導體(CMOS)時脈電路，本質上為一個電子「大腦」，使其不需要傳統電腦，就能讓纖毛系統運作。這項成果，為開發一系列可在現場診斷的低成本診斷測試工具打開了大門。

Cohen表示，未來，人們有機會拿著微小的、僅公分寬的裝置，滴上一滴血就能進行所有的檢測。不需要花俏的幫浦、或任何設備，只要放在陽光下，它就會工作，且成本可能只有1到10美元。

參考資料：https://www.news-medical.net/news/20220525/New-micro-sized-artificial-cilial-system-may-power-diagnostic-devices-in-future.aspx
論文：https://www.nature.com/articles/s41586-022-04645-w

(編譯/劉馨香)