温柔地抓住凝胶状的生物揭示了胰腺癌是如何进行肮脏的工作的揭示了胰腺癌是如何进行肮脏的工作的

水母约95%是水,是地球上最透明、最娇嫩的动物之一。但剩下的5%已经产生了重要的科学发现,比如绿色荧光蛋白,科学家们现在广泛使用它来研究基因表达,以及生命周期逆转,这可能是对抗衰老的关键。

水母很可能隐藏着其他可能改变生活的秘密,但收集它们的困难严重限制了对这些“被遗忘的动物群”的研究。“海洋生物学家可以使用的远程操作工具主要是为海洋石油和天然气行业开发的,它们比水母更适合抓取和操纵岩石和重型设备,水母在试图捕捉它们的时候,往往会被撕成碎片。”

现在,哈佛大学的研究人员开发的一项新技术生物工程研究所,哈佛大学约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)和纽约市立大学巴鲁克学院提供了一个新颖的解决这个问题的一个超软,水下夹使用液压温柔但坚定地将其fettuccini-like手指一个水母,然后释放它不会造成伤害。在《科学机器人》(Science Robotics)上发表的一篇新论文中,描述了这种夹持器。

研究报告的第一作者妮娜·辛纳特拉曾是威斯研究所罗伯特·伍德实验室的一名研究生。“这项技术还可以推广到改善水下分析技术,使人们可以在不把海洋生物带离水面的情况下,广泛研究海洋生物的生态和遗传特征。”

钳子的六个“手指”由薄而平的硅树脂条组成,硅树脂条内部有一个中空的通道,连接到一层柔韧但更硬的聚合物纳米纤维上。手指被固定在一个长方形的3d打印塑料“手掌”上,当它们的通道充满水时,手指会向纳米纤维涂层的一侧弯曲。每根手指施加的压力都非常小——大约0.0455 kPA,不到人类眼睑压力的十分之一。相比之下,目前最先进的软海洋钳,这是用来捕捉微妙,但更强大的动物比水母,发挥约1千帕。

研究人员将他们的超级温柔的钳子安装在一个特制的手持装置上,并测试了它在水箱中抓取人造硅水母的能力,以确定捕捉水母的位置和精度,以及最佳角度和速度。然后,他们来到了新英格兰水族馆,在那里,他们用钳子抓着游泳的月亮水母、果冻鲸脂和斑点水母,这些水母都有高尔夫球那么大。

钳子成功地将每只水母夹在装置的手掌上,直到钳子减压,水母才能从手指的抓握中挣脱出来。水母在被释放后没有表现出任何压力或其他不良反应的迹象,手指在显示出磨损迹象之前能够打开和关闭大约100次。

巴鲁克学院生物学和环境科学教授、国家地理探险家大卫·格鲁伯是研究报告的撰写者之一。“这爪是一个日益增长的软机器人工具箱,有望使水下物种收集更容易和更安全,这将大大提高速度和质量的研究动物超数百年来,给我们一个更完整的复杂的生态系统构成我们的海洋”。

超软爪是最新的创新在软机器人水下抽样,格鲁伯和木头之间进行合作生产的钢质包装袋RAD取样器和多功能“粘手指”收集生物多样化难拍摄,包括乌贼、章鱼、海绵、海鞭子,珊瑚等等。

“软机器人是这样的一个理想的解决长期存在的问题在各种各样的领域,因为它结合了传统机器人的可编程性和健壮性和前所未有的温柔由于灵活的材料,”伍德说,Wyss核心教员,位联席Wyss研究所Bioinspired软机器人平台,查尔斯河海洋工程和应用科学学院教授和国家地理探险家。

研究小组正在继续改进这种超软水母的设计,并打算进行一些研究,评估水母在被水母夹住时的生理反应,以更明确地证明水母不会给动物带来压力。伍德和格鲁伯也是施密特海洋研究所(Schmidt Ocean Institute)设计未来项目的联合首席研究员,他们将在2020年的“Falkorin”号科考船上进一步测试他们的各种水下机器人。

“在威斯研究所,我们总是在问,‘我们如何才能把事情做得更好?’”“我对罗伯·伍德和他的团队运用独创性和开箱即用的思维方式给我留下了极为深刻的印象,这种思维方式已经被应用于解决一个存在于开阔海域而不是实验室中的现实问题。”这将有助于极大地推进海洋科学,”威斯研究所的创始主任Donald Ingber说,他同时也是哈佛医学院和波士顿儿童医院的Judah Folkman血管生物学教授和海洋生物工程教授。

论文的其他作者还有来自威斯研究所和哈佛海洋研究所的克拉克·蒂普尔、丹尼尔·沃格特和凯文·基特·帕克。帕克是威斯研究所的核心成员,也是海洋生物工程和应用物理学塔尔家族教授。

该研究由美国国家科学基金会、哈佛大学材料研究科学与工程中心、美国国家科学院凯克未来计划和国家地理学会资助。

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