麻省理工发明纳米机器人喷雾！可悬浮在空气中探测环境

（图源：MIT News）

你可能在上世纪90年代的时候就发誓不再使用喷雾剂了，当时大家都在谈论臭氧层上的洞，但是麻省理工学院的一个研究小组发现了喷雾剂的用途，它可以对环境和我们的健康都有好处。

这种气溶胶喷雾含有纳米机器人，微小的传感器，他们可以做任何事情，从探测管道中的危险泄漏，到诊断健康问题。

周一，他们在《自然-纳米技术(Nature Nanotechnology)》杂志上发表了他们的研究成果。

气溶胶喷雾中的每个纳米传感器包含两个部分。

第一种是胶体，一种非常微小的不溶性颗粒或分子。

胶体非常小，事实上，它们可以悬浮在液体或空气中——粒子在它们周围碰撞的力比试图把它们拉下来的重力更强。

“胶体可以以其他材料无法达到的方式进入环境和旅行，”斯特拉诺说。例如，尘埃颗粒可以无限期地漂浮在空气中。同样，悬浮在液体中的胶体也不会安定下来。

传感器的第二部分是一个复杂的电路，包含一个由二维材料(如石墨烯)构成的化学探测器。

这可能是迄今为止最小的机器人，它可以感知环境、存储数据，甚至还可以执行计算任务。

当这个探测器在它的环境中遇到某种化学物质时，它的导电能力就会提高。

该电路还包含一个光电二极管，这是一种可以将环境光转换成电流的装置。

这为电路的数据收集和内存提供了所需的所有电力。

这些装置的大小与人类卵细胞差不多。

大多数传统的微芯片，如硅基或CMOS，都有一个扁平的、刚性的基片，当与胶体相连时，它们就不能正常工作。此外，斯特拉诺说，所有这些芯片都“非常耗能”。

这就是为什么MIT博士后Volodymyr Koman决定尝试二维电子材料的原因，包括石墨烯和过渡金属二硫化合物，他发现这些物质可以附着在胶体表面，即使在被发射到空气或水中后仍然可以使用。而这种薄膜电子学只需要很少的能量。

Koman说:“它们可以由带有亚伏电压的纳米晶体管供电。”

研究人员将他们的电路移植到胶体上，从而使胶体能够在独特的环境中穿行。

一旦结合起来，研究人员将纳米机器人雾化(将它们转换成可喷洒的形式)。

如果没有胶体的加入，这种传递方法是不可能实现的。

该研究的主要作者迈克尔·斯特拉诺(Michael Strano)在一份新闻稿中说:“(电路)没有基底是不可能存在的。”

“我们需要把它们移植到颗粒上，使它们具有机械硬度，并使它们足够大，以便在流动中被夹住。”

斯特拉诺说，虽然其他研究小组也在研发类似的微型机器人装置，但他们的重点一直是研究控制运动的方法，比如复制一些微生物用来推动自身运动的尾部状鞭毛。但斯特拉诺认为，这可能不是最有效的方法，因为鞭毛和其他细胞运动系统主要用于局部尺度定位，而不是显著的移动。他说，对于大多数目的来说，让这些设备更有功能比让它们移动更重要。

麻省理工学院的研究小组在他们的研究中展示了一些可喷洒的微型传感器的潜在诊断用途。

例如，他们设计了传感器来检测有毒化学氨，然后在一段密封的管道中测试它的能力。

他们将传感器喷到管道的一侧，然后在另一端用一块粗棉布将传感器收集起来。

当他们检查传感器时，他们可以根据传感器记忆中的信息判断他们是否与氨接触。

在现实世界中，这可以避免检查员不得不从外部手动从头到尾地查看整个长长的管道。

相反，他们可以简单地让气溶胶通过长管道，然后在其内存中查找任何可能预示问题的数据，比如遇到不应该在管道中的外部化学物质。

正如麻省理工团队在新闻发布会上所指出的，这种技术最终可以帮助诊断人体的问题，例如，沿着我们的消化道，收集数据，并将其传递给医学专家。

或测量在炼油厂等地的空气中的化合物含量也是可能的应用。

斯特拉诺说:“我们将这篇论文视为(机器人领域的)一个新领域的切入点。”