把蚊子的嘴装上打印机，会发生什么？

🔺埃及伊蚊。图片来源：[1]

那么，蚊子的口器为什么能充当喷嘴？这样一根天然“针管”不会破裂或堵塞吗？它打印出的结构究竟能有多精细呢？今天我们就来一探究竟！

3D打印机为什么需要蚊子的“嘴”？

许多常见3D打印机使用熔化的塑料丝：喷头一边移动，一边把材料逐层堆起来。但在生物打印和微制造中，打印材料可能是水凝胶、细胞悬液或药物载体。它们不能随意加热，通常要装进注射器，再由活塞把材料从细小喷嘴中挤出。这种方法叫作直写式3D打印。

🔺研究团队搭建的直写式打印装置，以及将昆虫口器作为喷嘴的工作原理。图片来源：[2]

喷嘴越细，理论上越能画出精细的线条。不过，制造超细喷嘴并不容易。金属和塑料喷嘴的孔径缩小到几十微米后，加工难度和价格都会上升；拉制玻璃管虽然可以做出孔径不足1微米的尖端，却非常脆，稍有振动或碰撞就可能损坏。

于是，研究人员换了一个思路：与其费力制造微型管道，能不能直接从自然界寻找现成的？他们考察了毒蛇的牙、昆虫的螫针、植物的木质部导管，以及臭虫、采采蝇等昆虫的口器。理想候选者需要足够直、足够细，还要有一定刚度，能够在输送黏稠材料时承受内部压力。经过比较，雌蚊的口器脱颖而出。

🔺螫针、毒牙、昆虫口器等天然微型尖端的筛选与参数比较总览。图片来源：[2]

雌蚊需要刺穿皮肤并吸取血液，因此拥有一套细长而精密的取食工具。雄蚊主要吸食花蜜，并不承担吸血任务，口器结构也不适合这项工作。论文测得，雌蚊口器中用于输送液体的针束长约2毫米，内部直径通常只有20至25微米，而且整体接近笔直。这相当于大自然提前加工好了一根超细导管。

一根蚊子口器，怎样装上打印机？

当然，研究人员并不是把整只蚊子粘在打印机上。蚊子的口器并非一根简单的针，而是由外侧的下唇和内部针束组成。实验人员先取出实验室培育、未携带病原体的死亡雌蚊，用80%乙醇处理，再去掉不需要的外鞘，保留内部可以输送液体的针束。

接下来，他们用紫外光固化树脂加固针束，并将其连接到普通30G点胶针头的出口。针头负责与注射器连接，蚊子口器则像安装在末端的超细“笔尖”。活塞推动注射器里的材料，材料依次穿过普通针头和蚊子口器，最后落到打印平台上。

🔺蚊子口器与普通点胶针头连接后的实物，以及末端喷嘴的显微照片。图片来源：[2]

这套设备采用直写式打印：喷嘴沿设定路线移动，同时连续挤出材料。只要控制好材料流速和喷嘴移动速度，就能让细丝一层层搭起来。研究人员用它打印了蜂窝、枫叶和微型网格支架，最细线宽可达到约20微米，部分实验结果处于18至28微米范围。

🔺生物墨水从蚊子口器末端挤出的过程，不同流量会改变液滴和细丝形态。图片来源：[2]

不过，喷得多并不代表印得好。如果材料流得太慢，线条会断断续续；如果挤出太快，材料会在出口堆积，甚至把喷嘴堵住。蚊子口器内部压力升高后，还可能沿纵向裂开。实验发现，这种喷嘴能够在约60千帕的工作压力下有效挤出材料，但黏度过高、流速过快或出口堵塞都会增加破裂风险。

20微米的线条能用来做什么？

20微米究竟有多细？人的头发直径通常在几十微米到一百多微米之间，红细胞直径约为7至8微米。用蚊子口器打印出的线条，大致只有较细头发的几分之一。

这种精度首先适合制造微型支架。生物打印中的细胞不能简单堆成一团，它们需要依附在具有孔隙的结构上，才能获得营养并排出代谢物。研究人员打印了一个约600微米见方的网格支架，线宽约28微米，墨水中还混入了小鼠黑色素瘤细胞。打印后测得的细胞存活率约为86.1%，说明挤压过程并没有把大部分细胞破坏。

🔺蚊子口器打印出的蜂窝、枫叶和网格支架及其显微形貌。图片来源：[2]

实验还使用含红细胞的材料进行了打印，并让蚊子口器从猪皮中吸取、再释放皮升级别的水凝胶。这表明，它未来可能被用于微量药物输送、细胞排列、微流控元件和精细组织工程。

蚊子口器还有一个有趣特点：它不像金属针头那样坚硬。当压力超过承受范围时，口器会先行破裂，某种程度上相当于一个天然“保险丝”，避免过高压力持续作用于细胞或柔软材料。

从成本和环境角度看，它也有吸引力。论文估算，实验室饲养一只蚊子的成本不到0.02美元，装配一个生物喷嘴约需0.8美元；作为主要部件的口器可以自然降解，而许多金属、塑料和玻璃微喷嘴用完后只能作为实验废弃物处理。

蚊子喷嘴会取代普通喷嘴吗？

尸印术更像一次概念验证，而不是随时可以投入工厂的成熟技术。首先，生物材料不像工业零件那样完全统一。不同蚊子的年龄、种类和生长环境，都可能影响口器尺寸和强度。虽然研究中样品的差异不算大，但真正用于批量生产时，仍然需要检测和分级。

其次，蚊子口器很细，安装过程需要显微操作，还必须避免树脂流入内部。如果每更换一次喷嘴都要由熟练人员手工装配，成本优势就会被人工费用抵消。

此外，它也会老化。研究中的喷嘴在室温下至少可以保存9天，但放置14天后已有约30%失效；在零下20摄氏度保存时，部分样品一年后仍然可以使用。此外，生物墨水过于黏稠或含有较大颗粒时，20微米级通道很容易堵塞。

因此，未来更现实的方向可能不是直接大量收集野生蚊子，而是在无病原体的实验室中培养昆虫，建立标准化的处理和装配流程；或者研究蚊子口器的结构，再用人工方法复制它。研究团队还提出，蚜虫口器、臭虫口器和其他昆虫的取食结构，也可能成为下一批候选喷嘴。

参考文献

[1]https://www.sohu.com/a/963671009_119097

[2]Justin Puma et al. ,3D necroprinting: Leveraging biotic material as the nozzle for 3D printing.Sci. Adv.11,eadw9953(2025).

[3]https://www.163.com/dy/article/L6KP48ON05118405.html