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纤毛是身体勤快的引座员。这些微小的毛发通过有节奏的跳动来流动液体，负责推动大脑中的脑脊液，清除肺部的痰和污垢，并保持其他器官和组织的清洁。

作为技术上世界上最黑的孩子的一个奇迹，纤毛在工程应用中被证明很难复制，尤其是在微观尺度上。

康奈尔大学的研究人员现在设计了一种微型人工纤毛系统，使用基于铂的组件，可以控制这种规模的流体运动。这项技术有朝一日可能会使低成本、便携的诊断设备成为可能，用于检测血液样本、操纵细胞或协助微加工过程。

该小组的论文“纤毛超表面用于电子可编程微流控操作”发表在5月25日的《自然》杂志上。主要作者是博士生王伟。

“有很多方法可以让人工纤毛对光、磁或静电力做出反应，”王说。“但我们是第一个使用我们的新型纳米驱动器来演示单独控制的人工纤毛的人。”

该项目由该论文的资深作者、艺术与科学学院的物理学教授伊泰·科恩(Itai Cohen)领导，建立了一个以铂为基础的电动执行器——该设备的移动部分——他的团队之前创造了使微型机器人行走的装置。这些弯曲的机器人腿的机械结构是相似的，但纤毛系统的功能和应用是不同的，而且相当灵活。

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强心脏130212科恩说:“我们在这里展示的是，一旦你可以单独处理这些纤毛，你就可以以任何你想要的方式操纵这些流动。你可以创建多个单独的轨迹，你可以创建循环流，你可以创建传输，或者分裂成两条路径然后重新组合的流。你可以得到三维的流线。一切皆有可能。”

科恩说:“利用现有的平台来制造纤毛是非常困难的，纤毛既小，又能在水中工作，还能通过电子寻地址和有趣的电子设备集成在一起。”“这个系统解决了这些问题。有了这种平台，我们希望能开发出下一波微流体操作设备。”

一个典型的设备由一个包含16平方单元的芯片组成，每个单元有8个纤毛阵列，每个阵列有8根最有效的去黑头产品纤毛，每根纤毛约50微米长，形成一个大约1000根人工纤毛的“地毯”。当每个纤毛上的电压振荡时，其表面周期性地氧化和降低，这使得纤毛来回弯曲，使其能够以每秒几十微米的速度泵送流体。不同的阵列可以被独立激活，从而创造出无限的流动模式组合，模仿在生物中观察到的灵活性。

作为奖励，该团队创造了一个配备了互补金属氧化物半导体(CMOS)时钟电路的纤毛设备——本质上是一个电子“大脑”，使纤毛可以在不依附于传统计算机系统的情况下工作。这为开发一系列低成本的诊断测试打开了大门，这些测试可以在野外进行。

科恩说:“你可以想象，在未来，人们拿着这个厘米×厘米的小装置，在上面放一滴血，然后进行所有的检测。”“你不需要一个花哨的泵，你不需要任何设备，你只需要把它放在阳光下，它就会工作。成本可能在1中秋月饼图片大全美元到10美元之间。”

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午夜夫妻电影共同作者包括博士后研究员Qingkun Liu和Michael Reynolds;前博士后研究员Alejandro Cortese博旅游携带士19年和马克·米斯金;Michael Cao, 14，博士20;Samuel B. Eckert工程学教授David Muller;电气与计算机工程副教授Alyosha Molnar;John A. Newman物理科学教授Paul McEuen;以及剑桥大学的Ivan Tanasijevic和Eric Lauga。

该研究主要由陆军研究办公室、国家科学基金会、康奈尔材料研究中心(由美国国家科学基金会的MRSEC项目、空军科学研究办公室和康奈尔纳米尺度科学卡弗里研究所支持)支持。

这项工作的一部分是在康奈尔纳米尺度科学与技术研究所完成的。

故事来源:

材料由康奈尔大学提供。由大卫·纳特原创，由康奈尔纪事提供。注:内容可能会根据风格和长度进行编辑。